超流氦沸腾过程中流态测量研究.pdfVIP

中国丁程热物理学会 传热传质学 第一I届年会 编号：013016 超流氦沸腾过程中的流态测量研究 张鹏王如竹 上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海，200030 021-zhangp@hotmail．corn 摘要 超流氮的沸腾现象具有一般流体的沸腾现象所没有的特异性质。本文运用粒子示踪法对 由不同沸腾状态所引起的流态进行了可视化测量．同时对沸腾过程中的压力振荡进行了测量， 并对过渡沸腾状态出现的帆理进行了分析。 关键词：粒子示踪法，沸腾0压力振荡 a^乞， … 引言 由于超流氦近年来在低温工程，航空航天等方面的广泛运用，对其的研究也随 之增多。在超流氮的应用中，为了维持其最佳冷却性能，就必须防止影响冷却性能 下降的因素出现，如气体的出现等。超流氮的冷却性能会因由于局部温度升高而引 发的沸腾现象而下降，同时，沸腾现象会引发氦浴中的温度和压力发生剧烈的振荡。 田此，为了防止对超流氢冷却不利的现象的出现，就有必要对超流氮的沸腾现象及 伴随的物理现象进行研究。 通常，在超流氦的沸腾中，存在两种基本的膜沸腾状态：无噪声沸腾和噪声沸 腾。前者是一种极其稳定的膜沸腾状态；而对于后者，在实验中。一个与小试样大 小相当的气泡在小试样的表面反复地膨胀、收缩【11“。发生噪声沸腾的临界压力随 温度的下降而降低【2l。通常．对于小 实验装置 试样为圆柱体的情况，噪声沸腾的换 热系数比无噪声沸腾的情况低 25％n41。 在本文中，运用粒子示踪法对 由沸腾引起的流态进行了可视化测 量，同时，对由沸腾而引起的氮浴中 的压力振荡进行了测量。 … 1参巴二真空? 实验装置 用一个如图1图所示的特殊设计 引!簿。飘 的恒温器进行实验。在恒温器上．有 一条从顶至底的可视化窗口。在实验 中，用摄像机通过此窗口对实验过程 图1实验装置简图 进行观察。氮浴温度通过一个抽气 装置进行控制，其主要部件是一个抽气速度为500L／min．的旋转泵与一个压力控 制装置。 ILfj如图I毛上图所示的平板小试样来加热超流氦以产生沸腾。小试样由Ni． Cr(60nm)作为加热部分{Il Cu(600nm)作为电板组成。这两部分均由真空镀噗在一块 耐热玻璃上。在实验中，平板小试样被水平地安装在测试部分。小试样的大小为 2·3唧x 2·)cm，并由脉冲电流加热。 由于二在低温卜，示踪粒子的选取不同于常规示踪粒子的选取。在实验中，我们 采用氢气(包括氢气的同位素，H：：D。=3：1)作为示踪剂。由于实验的范同为2K左右， 除氦(纯度99．9％以上)咀外的任何气体均已成为固体。在实验中，用氢气钢瓶减压 后，使氢气均匀地分布在平扳小试样的表面，并且氢气粒子直径的大小较均匀。 实验结果与分析 在超流氯的沸腾中．有两种基本的沸腾状态；噪声