矩形通道干涸点传热特性试验研究
李虹波，陈炳德”，赵华，熊万玉²
（1.申科华核电技术岳究院，广东深圳518026；2.中国模动力研究设计院空池物理和自然福环重点实验室，四川成都610041）
要：在中国核动力研究设计院流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干润点传热试验，通过对各种热工水力参数的试验研究，得出结论：（1）随着进口含汽率的增加，干润点热流密度减小，含汽率增加，壁面温度降低，传热系数减小：（2）随着质量流速的增大，干涸点热流密度增大，含汽率减小，面 度升高，传热系数增大：（3）随看系统压力的升高，干酒点热流密度增大，含汽率增加，壁面温度升高，传热系数增大.由试验数据与现有经验关系式的比较，发现这些关系式适合中高压、中低质量流速工况，给等影响传热的因素，得出了适用于矩形通道的干润关系式.关系式与试验数据明合良好， 而对低压、高质量流速工况存在较大的偏差，在吉塔杰控奇关系式的基础上，引人形通道尺寸和进口
关键词：矩形通道：干丽：流动佛脚传热：热工水力
文章编号：0258-0918（2012)02-0116-09
Experimental study of dryout heat transfer inrectangular channel
L1 Hong-bo CHEN Bing-de ZHAO Hua′ XIONG Wan-yu²
(1. China Nucler Power Resarch Isstitute Shenaben of Guangdong Prov 518026. China 2. Key Laboratory of Bebble Physics asd Natural Cirrulation Nuclear Power Institute of Chine. Cbengrlu of Sichuss Prov. 610041 China)
out on the basic experirmental loop of flow &. heat transfer at NPIC. The results of the Abstract: The experiment of dryout heat transfer in rectangular channel has been carriedexperimcntal study of thermal-hydraulic parameters on characteristics of dryout heattransfer in rectangular channel show that; (1) The dryout heat flux wall temperatureincrease of inlet quality; (2) The dryout heat flux wall temperature and heat transfer and heat transfer coefficient decrcase while the dryout quality increases with thecoefficient increase while the dryout quslity decreases with the increase of mass flowvelocity: (3） The dryout heat flux， quality wall temperature and heat transferdata with empirical correlations it finds out that these correlations are sppropriate for coefficient increase with the increase of system pressure Comparing the experimentalthe situations of middle-high pressure and low-middle mass flow velocity and deviate
seriously in low pressure and high mnss flow velocity cases Based on the Gutajelladecorrelation and considering the effects of the dimension of rectangular channel and inletenthalpy on heat transfer a new correlation for dryout in rectangular channel isdeveloped which correlates the experimental data quite well.
Key words: rectangular channel; dryout; flow boiling heat transfer; thermal-hydraulic
泡核沸腾工况和干涸工况，在反应堆发生失水况的研究，但流通通道多为圆形和环形通道，针时堆芯中的压力和流速一般都较低，所以低压、道.本文采用矩形通道试验本体，针对这一间 事故后，堆芯可能出现干或大部分干澳.此对矩形通道干漫点传热的试验研究未见公开报低流速之下的干传热研究对于反应堆安全设题进行了研究.计尤为重要.与目前主流的水冷反应堆不同，设计要求是部分水管传热表面需要连续工作在 液态金属快中子增殖堆的直流蒸汽发生器，其干溜后传热区，另外，干润后沸腾传热在金属表面处理、化工设备、锅炉和制冷设备等很多工电加热与冷却系统、试验段、预热段、质量流速程领域中也经常出现，因此，干涸点传热的研 究十分必要，
在流动沸腾情况下，临界工况有两种：偏离泡核沸腾工况，近年来开展了一些针对干源工
1试验装置与方法
1.1试验装置筒介
本研究的试验回路流程如图1所示，包括供应与调节系统、测量与数据采集系统等几个 部分，为使试验段进口总质量流速尽可能稳邹凌（2003）针对中低压、低质量流速工定，利用质量流速调节阀使主泵出口与试验段
况进行了圆管干试验研究.对进口含汽率、进口始终保持0.7MPa左右的节流压降.出口含汽率及质量流速等因素对干点热流密度的影响规律进行了讨论，作者基于微元段内 液膜流量、夹带及沉积流量等参数的数值积分方法，对参数影响趋势及干润点热流密度进行了计算，吴鸽平等（2004）在垂直环形窄缝通流密度的比值得出了出现干漏点的判据，试验 道内进行了干调点的试验研究.由内、外管热中还研究了压力、质量流速和进口含汽率对干绝热保温.满点处含汽率的影响.根据试验数据对古塔杰拉奇圆管干涸点关系式进行了修正，得到了适通道，其周围套有一层云母玻璃，通过外部的承 用于环形通道干润点的经验关系式，杨晓强等压壳来承受通道传来的压力，矩形通道的两端（2005）在双面加热的垂直环形窄缝通道内，对向上流动环状流的干润热流密度进行了理论构如图2所示.矩形通道有效加热段长度为研究.樊普等（2006）基于液滴夹带、沉积和液膜蒸发理论，对圆管内垂直向上的环状流的1357mm，整个管路均用硅酸铝陶瓷纤维进 液膜厚度和液膜质量流速沿轴向的变化进行了行绝热保温.预测，结果表明，当液膜蒸干时，干调发生，此时的热流密度即为干润点热流密度.段枫段进行加热，采用600kW晶闸管电源直接对（2008）等基于分离流模型，建立了垂直向上试验段进行加热.流经试验段的质量流速用文 流动环形通道内环状流的三流体模型，并对干丘里流量计配ST3000智能式压差变送器测润点进行了数值模拟.
对于干酒点传热试验，试验段的进口含汽率是一个重要的测量参数，它是通过预热段的 加热功率计算得到的，这就要求经预热段加热后的两相流体在进人试验段时的含汽率基本保持不变，因此，在进行回路安装时，保证试验段和预热段之间的连接距离较短，其连接距离为 900mm；同时在此段管路上用两层保温棉进行
试验段为0Cr18Ni10Ti不锈钢垂直矩形用0Cr18Ni10Ti不锈钢端盖与画管连接，其结1000mm，上下测压点间垂直距离为
试验中采用大电流变压器和调压器对预热量.试验段进出口和预热段进口均装有取压嘴，与ST3000智能式压力（或压差）变送器连
关于干溜点传热已有的研究主要针对偏离
图1试验网路流程图
Fig. 1 Flow chart of experimental loop
EP-屏藏泵：CM-空气压增机：CV-气动调节阀，DP一电动往复泵：DV-减压阀：EP-试验本体：FEV-流量计；ELT-过滤器；GV-储气：HE-换热器：HT-预热器：JV-截止网：ME-混合容：NV-氮气座：PRV-稳压答： ST-水箱：SV-安全网：TV-手动调节阀，ZV-止医阀
接来测量压力（或压降）.试验段进出口和预热段进口流体温度用1mm的饱装N型热电偶测量.在加热段上沿流体流动方向，按照由疏到密的原则，布置13个壁面温度测点，采用1级精度的1mm恺装N型热电偶测量.加热 段出口附近布置有10个K型热电偶监控临界，测量信号都通过AT96数据采集系统连接到计算机进行监视和采集，
质量流速：135~425kg/（ms）进口含汽 试验参数范围如下，系统压力：2~4MPa；率：30%~60%：试验段加热功率：0~22kW：热流密度：0~493kW/m；加热方式：双面均匀加热.
1.2试验方法
试验采用对大功率低热流密度预热器和低功率试验段进行直接电加热的方法.启动回路后，调节系统压力、进口质量流速及含汽率至设定值，逐步提升试验段加热功率，直至试验段出
图2试验本体结构图Fig. 2 Structure of test section
口处发生干潘.从饱和沸腾工况开始，全程采集试验数据.
响特性，
2.2.1进口含汽率的影响
试验中主要依靠壁面温度沿长度方向随热验段热流密度达到230.43kW/m²时，在试验 流密度的变化情况来判断是否出现干涸，当试段出口附近的壁面温度出现了突变，说明此处出现了干溜现象，如图3所示.
进口含汽率对干细点传热的影响见图4.在本试验参数范围内，随着进口含汽率的增加， 干涸点热流密度总是减小的.当流道内达到一定含汽率时，将形成环状流，壁面被一层液膜覆盖.随着热流密度的增加，这层液膜会不断变薄.当热流密度达到一定值后，液膜将被蒸干，形成干现象，在其他条件相同时，进口含汽 率越高，流道壁面上形成的液膜就越薄，将液膜蒸干所需的热流密度就越小.
干点含汽率随着进口含汽率的增加面增加.进口含汽率越大，流道内蒸汽越多，覆 盖在壁面的液膜越薄，表面张力减小，液膜蒸发速度加快，最终使得发生干时的含汽率增加，
图3干润点壁温分布Fig. 3 Wall temperature distribution of dryout
2试验数据的处理及结果分析
2.1试验数据的处理方法
根据获得的试验数据，分别得出内壁温度、流体温度和热流密度.内壁温度根据平板一维导热关系，推导得到
(1)
式中：k（T）=aa:T为加热板的导热系数，单位W/（mC）.对于本试验所用的试验本体材料，其导热系数为
(2)
流体温度如国外一些学者的假设，在计算传热系数时，取对应压力下的饱和温度，根据对流传热公式最终得到干润点传热系数.
2.2影响因素分析
图4进口含汽率对干调点传热的影响Fig . 4 Effeets of inlet qualityon dryout heat transfer
量流速，以及系统压力，针对干涸点的热流密 影响干满点的主要因素有进口含汽率，质度、含汽率、壁面温度以及传热系数进行分析，从面得出这些热工水力参数对干润点传热的影
（a）对热流密度的影响：（b）对含汽事的影响
图4进口含汽事对干润点传热的影响Fig. 4 Effeets of inlet quslity（c）对密温度的影响：（d）对传热系数的影响 on dryout heat transfer (续)
随着进口含汽率的增加，流道内发生干淄所需的热量减小.另一方面，蒸汽含量增加，导致蒸汽的流速增大，其带走的热量就越多.最终使得壁面温度降低.因此，在其他参数基本率的增加面降低. 一致的情况下，干润点处壁面温度随进口含汽
干涸点的传热系数随进口含汽率的增加而减小.进口含汽率增加，液相含量就相应减少，使流道内液相与汽相以及液相与面的传热减 弱，导致其传热强度下降.
2.2.2质量流速的影响
质量流速对干调点传热的影响见图5.在速越大，流道内蒸汽流速也越大：同时较大的质 其他系统参数基本保持不变的条件下，质量流量流速对应着较高的紊水平，加强了汽液相间的相互作用，流道内蒸汽与液膜间以及蒸汽与液滴间的换热得到明显的改善.壁面传给液 120
图5质量流速对干酒点传热的影响Fig. 5Effects of mass flow velocity（a）对热流密度的影响：（b）对含气率的影响： on dryout heat transfer（c）对整面面度的影响：（d）对传热系数的影响
