沸腾传热特性随加热功率和硅碳棒的轴向高度的变化规律
加热表面固体温度和液相流体工质的温度共36个测温点同时测量,考虑到温度采集器的采集速率,选择2s采集一次数据。由于沸腾现象的复杂性,分别在过冷沸腾和饱和沸腾状态下连续测量,得到沸腾两个阶段的壁面过热度的变化情况。当流体与达到饱和沸腾状态,改变每根硅碳棒的加热功率,每种工况稳定后开始连续采集3min,然后取算数平均值作为最终测量值,并做后续数据处理。
实验中,因为自带热电偶的硅碳棒周围有24根电偶丝,对周围流场由一定的影响,所以图像采集时选择没有热电偶的硅碳棒拍摄视频。由于实验环境里光线较暗,为了获得清晰的加热表面气泡行为的视频图像,采用大功率LED灯补光,在补光条件下,结合可视化面积和分辨率,实际选择高速摄像机的拍摄频率为5000勿s,分辨率为1280x488。实验中分别采集了100mm, 300mm. SOOmm. 700mm和900mm五个高度位置处的气泡行为视频,同时调整高速摄像机和LED补光灯的高度位置,在每个高度处拍摄不同加热功率下的沸腾现象的视频,高速摄像机和LED补光灯放置在自制的带有不同高度托板的钢架上。因为高速摄像机拍摄位置的限制,为了保证所拍摄的视频尽可能真实的展现加热壁面上的沸腾现象和得到加热壁面上的沸腾传热特性,所有工况的数据和图像采集完成后,将硅碳棒旋转1200后再次采集,然后再次旋转120。第三次采集,最后三次数据结构的算数平均值作为最终的实验数据。

<1)检查电源、调压器、冷凝器和离心泵等是否能正常工作,检查实验水箱底部的排水阀是否关闭。
<2)打开离心泵向实验水箱中注入去离子水,直到液面超过硅碳棒加热段顶端100左右,静置半个小时,检查水箱是否漏水。
<3)将调压器调节到OV位置,接通电源,然后缓慢逐渐调节调压器增大硅碳棒的加热功率,同时开始温度测量和图像采集,在100mm高度处每隔S分钟采集一次,直至三根棒的加热功率都达到15KW,加热至沸腾,之后停止温度测量和视频采集。然后再加热1个小时除去其中的不凝气。
<4)饱和沸腾之后,调节调压器,从30V开始每隔60V拍摄一次100mm高度处沸腾现象的视频,每次拍摄前都将加热功率调到最高维持3分钟之后,再调到对应的电压值1分钟后开始图像采集,期间同时进行温度数据采集,每2s采集一次。
<5)待水箱中的水冷却至室温后,重复步骤(1)一(4),调整拍摄位置,将高速摄像机分别放置在300mm, SOOmm, 700mn。和900处,采集加热表面沸腾现象的视频。
(6)将硅碳棒旋转1200之后重复步骤(1)·(5)。
<7)将硅碳棒沿着步骤<6)旋转的方向再次旋转1200之后重复步骤(1)一(5)0
(8)实验结束,首先关掉调压器的电源,再关掉380V的交流电源。然后将实验水箱中的水冷却到室温之后,从下部的出水口排出。
实验中需要说明的事项:
(1)在进行图像采集时,因为加热表面为圆柱曲面,所以LED灯补光时需要随时自行调整光源的位置,以保证拍摄视窗内的图像能够用肉眼分辨。
(2)在温度采集时,因为水箱中的水处于自然对流状态,不可避免会出现热分层现象,为了得到在饱和沸腾时硅碳棒表面温度随轴向高度的变化情况,观察流体测温热电偶的示数,当流体介质的整体温度都达到饱和后(这个过程需要大约6个小时),受调压器最大调节功率的限制,关掉两边硅碳棒的电源,将中间自带热电偶的硅碳棒的加热功率调节到20kW,持续5分钟再采集硅碳棒表面的温度,每隔2分钟采集一次,采集十次取平均值作为硅碳棒表面的最终温度值。
本章主要介绍了沸腾实验的实验目的、实验内容、实验系统和实验中所用的各种设备元件、实验方法和实验操作步骤。基于该实验台进行的可视化和数据测量实验,将重点分析沸腾现象和沸腾传热特性,随加热功率和硅碳棒的轴向高度的变化规律。18页,http://www.zbqunqiang.cn/
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