编辑: 阿拉蕾 2019-07-06

2、3.此外,在与加热块对应的弧形流道 侧壁还设有可视化观测窗,配Y3-S1 高速摄像系统. ? ? 图2????开槽面试验本体几何结构 (单位:mm) ? ? ? 图3????光滑面试验本体几何结构 另外,沿整个实验回路还设置了相应的流道 流体温度测点、各段沿程压力压差测点、加热(棒) 功率测点以及回路循环流量等测点等.经评 定,加热块上测温采用 K 型铠装热电偶,最大扩 展不确定度 (传感器+信道) 为1.94?℃;

各段流道 中流体温度测量采用 T 型铠装热电偶,最大扩展 不确定度 (传感器+信道)1.04?℃;

以固态压阻式压 第?3?期 徐辉,等:超蒸发表面结构应用于 ERVC 增强的初步实验研究 ・111・ 力、压差变送器测量回路上各压力、压差,最大扩 展不确定度 (仪表+信道) 分别是 0.93?kPa、0.47?kPa;

回路循环流量测量采用电磁流量计,最大扩展不 确定度 (传感器+信道) 为0.15?m

3 /h;

总加热功率测 量不确定度(传 感器+信 道)为0.34?kW(相对值0.73%).上述均以 NI 高性能数据采集系统采集, 并予存储. 2.2????实验过程与数据处理 2.2.1???实验过程 实验在上述自然循环回路上进行,工况控制 与保持通过联合调节加热功率与冷凝功率实现. 选定实验本体 (开槽面或光滑面本体),按预设方 位角 θ 安装就位并检查调试完毕;

根据预定计划 逐步由低至高提升本体加热功率,每提升一步加 热功率 (以图

4 所示为例),相应增加冷凝器冷却 流量;

同时监测回路中各热力参数,先粗调后微 调冷凝冷却功率,最终保证加热段入口温度与回 路压力水平恢复到该步功率提升前的量值不变, 并维持一段时间 (图中为 9~40?min 不等);

确认自 然循环达到稳态 (各参数稳定) 后,适时采集本体 上各测点温度、流道各处水温、流道各处压力压 差、循环流量等实时数据.提升功率过程中,当 加热功率接近预估量值时,改用小的提升步长 (实 验中取最小功率调节步长),本体近加热面的测点 出现大幅温度飞升时,迅速切除部分功率 (如图 5), 即认为在此功率水平下发生 CHF,实验中通过弧 形流道侧壁可视化窗对各加热功率水平下本体表 面沸腾过程进行高速摄影图像采集. ? ? 图4????一次实验中加热功率时序 ? ? 图5????发生 CHF 时试验本体测点温度 2.2.2???实验数据的处理 在实验中,对每一加热功率水平调节自然循环 工况至各参数稳定后,实时采集各温度、压力压差 以及流量时序信号,进行时间平均处理.根据实 际控制调节、采集并时均处理得到的加热功率 Pw 与本体加热面面积 Sw,可有曲面平均视在热流w: 同时,利用本体上各测点温度测量值,采用导 热逆问题程序计算得到加热本体上的温度分布, 以及换热曲面上实际的当地温度 Tw 与当地热流 qw (以加热曲面中心线处为准);

定义热流修正因子为: 在发生 CHF 时的热流 ,可由温度飞升前 平均加热功率得到曲面平均视在热流 乘以上一 加热功率平台上的 Ci-1 得到,即: 另外,主流平均温度 Tb 是基于入口温度 Tin 由 流道内热平衡估计得到,这样,定义本体加热面 的当地沸腾换热系数 α 如下: 上述临界热流密度与换热系数的不确定度均 可由传感器不确定度与间接测量方法综合估计. 经评定,本文试验中最大不确定度分别为 315.

8、 162.8?kW/(m

2 ・K). 3????实验结果与讨论 3.1????ERVC 条件下开槽面的沸腾换热特征及可视化 在自然循环回路中,逐步提高本体加热功率 展开实验.在各功率水平下,对模拟下封头外壁 的朝下弧形实验本体开槽表面上 ERVC 沸腾换热 过程与特性进行实验测量与可视化观测.图6给出了弧形流道本体分别在 θ?=7.5°、37.5°、67.5°以及82.5°处的各次实验中,在不同加热功率水平下 得到的临界前沸腾过程中开槽面热流 qw 随壁面 过热度 ΔT=Tw?Tsat 的变化 (图中各次最后一个实验 点为非常接近 CHF 的上一个最小加热步长时值). ? ? 图6????开槽面不同方位角 θ 处的沸腾换热曲线 ・112・ 应?用?科?技第?46?卷 可以看到,在ERVC 条件下,临界前沸腾换热 热流与壁面过热度呈正相关性,即热流越大,壁 面过热度越大;

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