[发明专利]一种用于低流速CHF实验的临界热流密度近似测量方法

说明书

本发明公开了一种用于低流速CHF实验的临界热流密度近似测量方法，包括以下步骤：1)、通过提升实验本体的加热功率，使实验本体出口达到平衡态，记录平衡态数据；2)、继续提升加热功率，直至沸腾临界发生，记录临界数据；3)、基于平衡态数据，获得热损失份额，4)、基于临界数据获得临界热流密度q_c，计算公式如下：式中，N_c为沸腾临界发生时刻实验本体所加电功率，ξ_h表示通道的热周；L_h表示通道的加热长度，ε_c是沸腾临界发生时刻实验本体的热损失份额；令ε_c＝ε(热损失份额)，得到本发明解决了现有技术中通过经验来估计热损失导致临界热流密度测量误差大、降低经济性的问题。

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力实验技术领域，具体涉及一种用于低流速CHF实验的临界热流密度近似测量方法。

背景技术

临界热流密度工况是指沸腾传热机理正好发生变化而使传热系数突然急剧下降的状态(又称为沸腾危机、沸腾临界、传热恶化)，临界热流密度(Critical Heat Flux，缩写为CHF)则指在该工况下热流密度的值。该参数表征了换热过程的极限换热能力，因而十分重要。

由于沸腾临界的复杂性和重要性，工程上仍然主要通过实验的方式来获得CHF值。实验时，由于空气对流和热辐射，实验本体的发热量只有一部分被流体吸收，另外有一部分热量直接流失到周围环境中，这部分热量称为热损失。实验本体所加(总的)电功率扣除热损失才是有效的加热量，CHF需要基于有效加热功率获得，因此，热损失是CHF实验中一个不容回避的问题。但是由于热损失受到多个相关因素的复杂影响(包括实验本体形状、保温措施、管道内流体状态、实验环境等)，难以进行理论计算。

高流速工况对应的CHF以及相应的临界加热电功率很大，热损失份额很小，热损失基本上可以忽略。而在低流速工况下，临界功率并不大，此时热损失与之相比占比很大，并不能忽略，否则将使得结果比真实值严重偏高，带来安全风险！低流速的沸腾临界实验本体出口流体往往处于汽液两相状态，从而不能通过测定流体的温升来计算热损失。

在现有技术中，都没有对实验中热损失的问题进行专门论述，在国内许多基础研究中，常常忽略热损失；在重大的工程验证实验中，往往按照实验者认为足够大的热损失份额来扣除热损失，确保实验结果的保守性、但牺牲了经济性，并且扣除的热损失份额随意性很大、更不能反映不同工况下热损失的变化，从而成为实验的一个系统性误差，导致临界热流密度测量误差大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于低流速CHF实验的临界热流密度近似测量方法，解决现有技术中通过经验来估计热损失导致临界热流密度测量误差大、降低经济性的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于低流速CHF实验的临界热流密度近似测量方法，包括以下步骤：

1)、通过提升实验本体的加热功率，使实验本体出口达到最接近饱和状态的平衡态，记录平衡态数据；

2)、继续提升加热功率，直至沸腾临界发生，记录临界数据；

3)、基于平衡态数据，获得热损失份额：

a)、通过流体的温升计算出有效吸热功率，计算公式如下：

N_effec＝W(h_out-h_in)，

式中，W为流过实验本体的质量流量，单位为kg/s，h_out、h_in分别表示实验本体进口和出口处流体的比焓，单位为J/kg，N_effec为有效吸热功率，单位为J/s或W；

b)、通过有效吸热功率计算平衡态时的热损失份额，计算公式如下：