丝状加热面池沸腾临界热流尺度效应研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">本文以丝状加热表面上的池沸腾传热现象为主要研究对象，利用地面常重力实验，研究了不同热丝直径、不同过冷度下（(0～40℃）的丝状加热片面FC-72液体和丙酮液体的池沸腾传热特性。 本文利用自主研发的一套可控过冷度池沸腾实验设备，使用纯度为99.99%的铂丝同时作为加热元件和测温元件，加热丝直径分别为0.06mm、0.025mm、0.1mm，长度为30mm。实验采用控制加热电压按阶梯形式增长或下降（时间常数约20s）的稳态加热方式。 实验所得单相自然对流传热数据同Kuehn-Goldstein（1976）换热公式预测结果具有较高的一致性，说明实验设备可靠、实验数据可信。 实验过程中发现，在相同压力条件下，随着过冷度的增加，沸腾传热强化；CHF值在低过冷度时呈线性增加，然后增加趋势变缓。丙酮实验中，0.06mm热丝和0.1mm热丝在低过冷度(2.5～10℃)情况下都出现了从自然对流直接进入双膜态现象，不过，当降低加热电压时，膜态沸腾仍转化为核态沸腾，此时继续增高加热电压，沸腾曲线仍沿常规核态沸腾曲线上升至CHF后，再转换为膜态沸腾。对于同等直径热丝，无论核态沸腾或双膜态沸腾，在丙酮中所产生汽泡尺寸明显偏大。 过冷沸腾中，临界热流随过冷度的增加呈现出非线性依赖关系。在低过冷度线性区，FC-72中实验结果与几种低过冷度线性模型较一致；丙酮中实验结果 随 变化斜率明显高于几种低过冷度线性模型的预测，显示出对尺度的依赖关系。这说明在小Bond数时存在尺度效应对过冷度的影响，即对于小Bond数情况过冷度和尺度效应的耦合作用是非常重要的。 饱和沸腾中，FC-72和丙酮的CHF值随热丝直径的减小而不断增加，其中，FC-72的CHF数值尽管比LD模型预测结果略低，但定性地依然可用LD模型进行描述，尽管相比于LD模型原始的适用范围 已扩大了1~2个数量级；但丙酮的实验数据却远小于LD模型预测结果。综合分析表明，尽管热丝直径相同，但物性的差异使得FC-72和丙酮实验中的数据点分别处于不同的尺度特征区域，反映了小Bond数情形下分区准则的物性依赖性。</span>