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常压下SiC包壳材料表面饱和池式沸腾汽泡行为机理研究

金德升 严亚伦 程艳花 付学峰 彭振驯 廖业宏 毛玉龙

金德升, 严亚伦, 程艳花, 付学峰, 彭振驯, 廖业宏, 毛玉龙. 常压下SiC包壳材料表面饱和池式沸腾汽泡行为机理研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 167-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0167
引用本文: 金德升, 严亚伦, 程艳花, 付学峰, 彭振驯, 廖业宏, 毛玉龙. 常压下SiC包壳材料表面饱和池式沸腾汽泡行为机理研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 167-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0167
Jin Desheng, Yan Yalun, Cheng Yanhua, Fu Xuefeng, Peng Zhenxun, Liao Yehong, Mao Yulong. Study on Bubble Behavior Mechanism of Saturated Pool Boiling on SiC Cladding Material Surface under Atmospheric Pressure[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 167-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0167
Citation: Jin Desheng, Yan Yalun, Cheng Yanhua, Fu Xuefeng, Peng Zhenxun, Liao Yehong, Mao Yulong. Study on Bubble Behavior Mechanism of Saturated Pool Boiling on SiC Cladding Material Surface under Atmospheric Pressure[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 167-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0167

常压下SiC包壳材料表面饱和池式沸腾汽泡行为机理研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0167
基金项目: 国家自然科学基金(U20B0211, 52171085)
详细信息
    作者简介:

    金德升(1987—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力设计与安全分析研究,E-mail: 303627721@qq.com

  • 中图分类号: TL334

Study on Bubble Behavior Mechanism of Saturated Pool Boiling on SiC Cladding Material Surface under Atmospheric Pressure

  • 摘要: SiC材料是一种耐高温、抗氧化性好的耐事故燃料(ATF)类型,其传热及临界热流密度(CHF)性能是评估材料性能的重要指标,汽泡行为机理研究有助于评估其传热性能。采用常压池式沸腾可视化实验装置对SiC包壳材料汽泡行为机理进行研究,分析了其池式沸腾曲线不同区段中汽泡生长、脱离过程。根据观察到的SiC包壳表面池式沸腾汽泡图像,将整个池式沸腾传热过程分为自然对流区段、孤立汽泡核态沸腾区段、弹状汽泡核态沸腾区段和膜状汽泡核态沸腾区段4个区段。在孤立汽泡核态沸腾区段,SiC包壳表面汽泡生长时间较短、汽泡脱离频率高;在弹状汽泡核态沸腾区段,SiC表面产生大量汽泡,汽泡之间的相互作用剧烈,SiC表面传热较强。建立的接触角与脱离直径关系式可为后续传热模型的建立提供重要支撑。

     

  • 图  1  池式沸腾实验装置图

    Figure  1.  Pool Boiling Experimental Facility

    图  2  SiC包壳实验段示意图 (单位:mm)

    T1~T4—4只T型热电偶所在位置

    Figure  2.  Schematic Diagram of Experimental Section

    图  3  汽泡边缘轮廓识别

    Figure  3.  Identification of Bubble Boundary

    图  4  SiC包壳表面池式沸腾曲线

    Tw1Tw3Tw4—3个热电偶测得的温度;Tsat—饱和温度

    Figure  4.  Pool Boiling Curve of SiC Cladding Surface

    图  5  自然对流区段图像

    Figure  5.  Image of Natural Convection Section

    图  6  孤立汽泡核态沸腾区段汽泡图像

    Figure  6.  Image of Nucleate Boiling Section of Isolated Bubble

    图  7  包壳表面汽泡生长图像

    Figure  7.  Image of Bubble Growth on Cladding Surface

    图  8  包壳表面汽泡生长曲线

    Figure  8.  Curve of Bubble Growth on Cladding Surface

    图  9  包壳表面汽泡脱离核化点图像

    Figure  9.  Image of Bubble Detachment from Nucleation Point on Cladding Surface

    图  10  弹状汽泡核态沸腾区段汽泡图像

    Figure  10.  Bubble Image of Nucleate Boiling Section of Slug Bubble

    图  11  膜状汽泡核态沸腾区段汽泡图像

    Figure  11.  Bubble Image of Nucleate Boiling Section of Film Bubble

    表  1  SiC包壳实验段主要参数

    Table  1.   Main Parameters of Experimental Section

    参数 数值
    实验段总长/mm 352
    实验加热段长度/mm 100
    热电偶固定陶瓷外径/mm 7.2
    镍铬棒直径/mm 4.0
    下钼棒最大直径/mm 9.5
    上钼棒直径/mm 4.0
    铜排截面积/mm2 400
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    表  2  直接测量参数不确定度

    Table  2.   Uncertainties of the Directly Measured Parameters

    测量参数 仪表名称 仪表精度 不确定度/%
    温度 T型热电偶 0.3℃ 0.5
    电流 霍尔电流传感器 0.2级 0.3
    电压 直流电压传感器 0.0015 V 0.2
    管外径 游标卡尺 0.02 mm 0.2
    管长度 米尺 1 mm 0.3
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    表  3  间接测量参数不确定度

    Table  3.   Uncertainties of the Indirectly Measured Parameters

    测量参数 不确定度/%
    SiC管传热面积/m2 0.98
    SiC管加热功率/kW 0.42
    SiC管热流密度/(kW·m−2 0.52
    SiC管表面传热系数/(kW·m−2·K−1 2.80
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-25
  • 修回日期:  2024-05-06
  • 刊出日期:  2024-06-15

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