什么是过冷沸腾-定义

在过冷沸腾过程中,大部分液体的温度低于饱和温度,表面形成的气泡可能在液体中凝结。优德app热能工程

过冷沸腾

过冷沸腾时,大部分液体的温度低于饱和温度,表面可能形成气泡在液体中凝结。这种凝结(塌缩)产生频率为100Hz - 1khz的声音。这就是为什么电水壶在水饱和沸腾之前会发出最大的噪音。这个词低温冷却指在一定温度下存在的液体下面它的正常沸点。

过冷沸腾-沸腾模式

沸腾和Condesation
水相图
水的相图。
来源:维基百科CC BY-SA

在前面的章节中,我们已经讨论过对流换热w88优德备用网址 微博有一个非常重要的假设。我们假设单相对流换热w88优德备用网址 微博没有任何相变。在这一章中,我们重点讨论与w88优德备用网址 微博流体相的变化。特别地,我们考虑可以发生在固体-液体或固体-蒸汽界面的过程,即,沸腾(液汽相变化)和冷凝(vapor-to-liquid相变)。

在这些情况下,潜热的影响相关联的相变是显著的。潜热,也被称为汽化焓,是增加或从一种物质中移出的热量使其发生相变的量。这种能量可以分解分子间的引力,同时也必须提供气体膨胀所必需的能量pΔV工作)。当潜热时,无温度变化。

汽化潜热-水为0.1 MPa、3 MPa、16 MPa
随着压力的增加,汽化热减少,而沸点增加。它在临界点完全消失。

蒸发焓是发生转变时压强的函数。

汽化潜热- 0.1 MPa(大气压)的水

hlg= 2257 kJ /公斤

汽化潜热-水为3mpa

hlg= 1795 kJ /公斤

蒸发潜热-水在16兆帕(压力内加压器)

hlg= 931 kJ /公斤

汽化热随着压力的增加而减少,而沸点增加。它在某个点完全消失临界点。在临界点以上,液相和气相是无法区分的,这种物质称为a超临界流体

supercritical-phase-critical-point-min从液体到蒸汽状态的变化是由于沸腾是由固体表面的热传递维持的;w88优德备用网址 微博相反,冷凝从蒸汽到液态的过程中,热传递到固体表面。w88优德备用网址 微博沸腾和冷凝与其他形式的对流不同之处在于它们依赖于蒸发潜热,这是非常高的为常见的压力因此,在沸腾和凝结过程中,大量的热量基本上可以在恒定的温度下传递。w88优德备用网址 微博传热系数h与沸腾和冷凝通常是高得多比在其他形式的对流过程中所遇到的涉及单一阶段。

这是由于事实,即使在湍流,有一个静止的流体膜层(层流子层),它隔离了热交换器的表面。这滞流膜层对对流换热系数起关键作用。w88优德备用网址 微博可以观察到,液体流向a完全停在水面上并假设相对于表面的速度为零。这种现象被称为无滑状态,因此,在表面,能量流发生纯粹的传导。但在下一层,传导和扩散-质量运动在分子水平或宏观水平发生。由于质量运动,能量传递速率较高。写,泡核沸腾在表面有效地破坏这一停滞层,因此核沸腾显著地增加了表面转移的能力热能散装液体。

PWRs中的过冷沸腾

尽管最早的核心设计假定了这一点表面过冷沸腾不能被允许进入pwr这一假设很快被否定,两相传热现在也是PWRs的一种正常运行的传热机制。w88优德备用网址 微博对于正常运行的PWRs,有一个压缩液体水在反应堆核心内部,有循环回路和蒸汽发生器。压强维持在大约16 mpa。在这个压强下,水大约在350°C(662华氏度),这使得过冷裕度(稳压器温度和堆芯冷却剂出口温度之间的差值)为30℃。值得注意的是,这种过冷裕度与体积温度有关,因为体积沸腾在任何情况下都是禁止的。

过冷裕度是PWRs非常重要的安全参数,因为反应堆堆芯的大量沸腾必须被排除在外。系统的基本设计压水反应堆要求反应堆冷却系统中的冷却剂(水)不能沸腾。为了达到这一目的,反应堆冷却剂系统中的冷却剂必须保持在足够高的压力下,以保证在电站运行或分析的瞬态过程中,冷却剂温度不会发生沸腾。

就像计算例子,表面温度T锆、1= 325°C可以确保即使过冷沸腾也不会发生。注意,过冷沸腾需要T锆、1= T。因为水的入口温度通常是290°C(554°F),很明显这个例子对应于核心的下部。在堆芯海拔较高的地方,堆芯的整体温度可能高达330°C。29℃的温差导致过冷表面可能发生沸腾(330°C + 29°C > 350°C)。另一方面,泡核沸腾在表面有效地扰乱停滞层,因此核沸腾显著地增加了表面转移的能力热能散装液体。结果表明,对流换热系数显著增大,因此在高海拔时,温差(Tw88优德备用网址 微博锆、1- T散装)显著降低。

在的情况下pwr,“关键安全问题”被命名为DNB(偏离核沸腾,它导致了a的形成当地蒸汽层,导致传热能力急剧下降。w88优德备用网址 微博这种现象发生在过冷或低质量区域。沸腾危机的行为取决于许多流动条件(压力、温度、流速),但沸腾危机发生在相对较高的热通量,似乎与靠近表面的气泡云有关。这些气泡或蒸汽薄膜减少了进入的水的数量。由于这种现象恶化的传热系数和热流仍然,热然后w88优德备用网址 微博积累在燃料棒造成戏剧性的增长包壳和燃料温度

核沸腾-流动沸腾

流动沸腾-沸腾模式流动沸腾(或强制对流沸腾),流体通过外部手段(如泵)以及浮力作用在表面上流动。因此,流动沸腾往往伴随着其他对流效应。条件很大程度上取决于几何形状,这可能包括加热板和圆柱的外部流动或内部(管道)流动。在核反应堆中,大多数沸腾状态只是强制对流沸腾。流动沸腾也可分为外部流动沸腾和内部流动沸腾,这取决于流体是被迫流过受热表面还是在受热通道内流动。

内流沸腾在本质上要比外流沸腾复杂得多,因为没有供蒸汽逸出的自由表面,因此液体和蒸汽被迫一起流动。管中两相流动表现出不同的流动沸腾状态,取决于液相和汽相的相对量。因此,内部强制对流沸腾通常被称为两相流

核沸腾关联-流动沸腾

麦克亚当斯相关性

在饱和的核沸腾过程中,壁温是由局部热流密度和压力决定的,对壁温的依赖性较小雷诺数。对于绝对压力在0.1 - 0.6 MPa之间的过冷水,麦克亚当斯相关性给:

核沸腾-麦克亚当斯相关

托姆的相关性

托姆的相关性是指在核沸腾贡献大于强制对流的条件下的流动沸腾(压力高达20 MPa时的过冷或饱和)。这种相关性对于粗略估计给定热流的预期温差是有用的:

核沸腾- Thom相关

陈的相关性

在1963年,提出了第一个用于垂直管蒸发的流动沸腾关联法,以获得广泛的应用。陈的相关性包括w88优德备用网址 微博传热系数由于泡核沸腾以及强迫对流机制。必须注意的是,在较高的蒸汽分数时,传热系数随流量变化很大。w88优德备用网址 微博核内的流动速度可能非常高,导致非常高的湍流。这种传热机w88优德备用网址 微博制被称为“强制对流蒸发”。没有足够的标准来确定从核沸腾到强制对流汽化的转变。然而,Chen提出了一种既适用于核沸腾又适用于强制对流汽化的关系式,它适用于饱和沸腾条件,也适用于过冷沸腾。Chen提出了传热系数为w88优德备用网址 微博总和强制对流组件和一个泡核沸腾组件。需要指出的是,采用福斯特和朱伯(1955)的核沸腾关联式计算了核沸腾传热系数hw88优德备用网址 微博FZ并利用Dittus-Boelter(1930)的湍流相关法计算了液相对流换热系数hw88优德备用网址 微博lgydF4y2Ba

陈氏相关-福斯特-祖伯

核沸腾抑制因子S是有效过热度与壁热过热度的比值。由于边界层的有效过热度小于壁面温度的过热度,因此沸腾换热降低。w88优德备用网址 微博两相乘子F是马蒂内利参数χ的函数tt

引用:
w88优德备用网址 微博热传递:
  1. 传热与传质基础,第7版。Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera。John Wiley & Sons, Incorporated, 2011。ISBN: 9781118137253。
  2. 传热和传质。尤努斯Cengel。麦格劳-希尔教育,2011年。ISBN: 9780071077866。
  3. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博DOE基础手册,第2卷,共3卷。2016年5月。

核与反应堆物理:

  1. 李志明,《核反应堆理论概论》,北京:清华大学出版社,2003年。
  2. 拉马什、巴拉塔,《核工程概论》,北京:科学出版社,2001,ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 史泰西,《核反应堆物理学》,台北:科学出版社,2001,ISBN: 0- 471-39127-1。
  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第四版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. W.S.C.威廉姆斯。原子核和粒子物理学。克拉伦登出版社;第1版,1991年,ISBN: 978-0198520467
  6. G.R.Keepin。核动力学物理学。addison - wesley酒吧。有限公司;第1版,1965年
  7. 罗伯特·里德·伯恩,《核反应堆操作导论》,1988年。
  8. 美国能源部,核物理和反应堆理论。DOE基础手册,第1卷和第2卷。1993年1月。
  9. 保罗·罗伊斯,中子物理学。电子数据处理科学,2008。ISBN: 978 - 2759800414。

先进反应堆物理:

  1. 吴晓华,《核反应堆静力学概论》,核科学出版社,1989年版,ISBN: 0-894-48033-2。
  2. 《核反应堆动力学导论》,美国核学会,1985,ISBN: 0-894-48029-4。
  3. 邓丽萍,《核反应堆动力学》,美国核学会,1993,国际标准书号:0-894-48453-2。
  4. 李永明,“中子输运的计算方法”,中国核学会,1993,ISBN: 0-894-48452-4。

参见:

沸腾和冷凝

我们希望这篇文章,过冷沸腾,帮助你。如果是这样,给我们个赞在侧边栏。这个网站的主要目的是帮助公众了解一些有关热能工程的有趣和重要的信息。优德app