《表2 不同系统参数的增加对临界干度的影响》

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《螺旋通道内流动沸腾传热研究进展》

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流动沸腾中的临界工况表现在沸腾临界现象（脱离核态沸腾、烧毁、干涸、沸腾危机等）的出现。沸腾临界现象发生时常常会伴随着传热系数的急剧下降，这不仅会恶化传热，还会影响换热器的安全性能。提高临界热通量（critical heat flux）或临界干度（dryout quality）等临界工况可避免或推迟沸腾临界现象的发生，换热时就可以提高允许的最高热通量，或允许在相同换热性能的前提下选用结构更紧凑的换热器。因此许多学者对临界工况进行了研究，但研究大多基于直通道。Marathe等[37]基于直通道提出了一种临界干度预测模型，在文中临界干度被定义为两相传热系数达到峰值时对应的干度，预测的数值基于两相传热系数的计算。但Niu等[38]认为该模型忽略了重力对环形液膜的影响，仅适用于预测质量流率较高下的直通道，并不适用于螺旋通道。作者认为螺旋通道发生沸腾临界现象是由于环形流态下液滴夹带与液膜蒸发造成的液膜质量流率减小引起的，沸腾临界现象发生在液膜质量流率为0的点。基于此种模型，作者讨论了压力、质量流率、热通量和螺旋线圈直径对临界干度的影响。结果表明，压力、质量流率、热通量和螺旋直径的增大都会导致临界干度的下降。然而学者们在研究质量流率及系统压力对临界工况的影响时得出的结论并不统一，表2汇总了部分文献的实验结果。为了探究临界干度，Hwang等[19]在Berthoud等[10]的基础上提出了新临界工况分布，如图2所示。Hwang等根据发生干涸时的主导因素将分布图分为重力主导区、夹带主导区及再沉积主导区，图的横坐标为作用于气相和夹带液滴上的离心力，纵坐标为液体雷诺数。Hwang等通过分析实验结果发现临界干度随质量流率的增加而增加，他认为这是由于重力在实验中起了主导作用：质量流率的减小引起二次流减弱，这会使液体的再沉积减弱从而影响临界干度。与Hwang等不同的是Niu等[38]只研究了夹带与沉积主导区，而未对重力主导区域进行探究。Niu等认为临界干度随系统参数变化会产生改变是由于液体夹带率与再沉积率之间的竞争，随着质量流率的增加夹带率的增速大于再沉积率，因此临界干度会降低。两人对质量流率探究得出的相反结果说明在不同的因素主导区域内系统参数对临界工况的影响并不相同。Hardik等[41]对低压条件下螺旋通道内水的临界工况进行了研究，结果表明临界热通量随质量流率增加。但Hardik等的数据在临界工况分布图中分布在y值为60～512范围，远超于分布图适用范围（0