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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。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Φ随Ja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R≥0.15己扩大了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。