含不凝氣體蒸汽氣泡與過冷水直接接觸冷凝的實驗研究.pdf

1、直接接觸冷凝換熱是指蒸汽與過冷水直接接觸并發(fā)生冷凝的換熱過程，其傳熱速率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式。目前，直接接觸式換熱在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用，并且在余熱回收利用、核電非能動安全系統(tǒng)等領(lǐng)域也具有廣闊的前景。
　　在直接接觸冷凝換熱過程中，空氣等不凝結(jié)性氣體的存在會嚴(yán)重影響換熱效果，甚至威脅到換熱設(shè)備的正常運行。為研究空氣等不凝結(jié)性氣體存在條件下的蒸汽氣泡冷凝過程，本文搭建了含空氣的蒸汽泡狀直接接觸冷凝過程的可視化實驗臺，采用高速攝像和圖像處理

2、技術(shù)相結(jié)合的方式，對大直徑含空氣的蒸汽氣泡冷凝過程進(jìn)行了實驗研究。
　　本文結(jié)合圖像處理技術(shù)的相關(guān)要求，分析了材料、設(shè)備對可視化實驗的影響，并結(jié)合圖像處理技術(shù)對輔助照明裝置進(jìn)行了改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上，搭建了含空氣的蒸汽氣泡與過冷水直接接觸冷凝可視化實驗裝置。使用高速攝像機拍攝冷凝換熱過程中氣泡圖像，獲取了不同過冷度下大直徑含空氣的蒸汽氣泡冷凝過程的完整圖像。
　　基于Matlab軟件，編寫了本文所使用的圖像處理程序，并通過所編寫

3、的圖像處理程序?qū)梢暬瘜嶒灲Y(jié)果進(jìn)行了處理分析。本文對氣泡圖像進(jìn)行處理的目的包括視覺效果的提升和氣泡相關(guān)參數(shù)（特征量）的提取。視覺效果提升有利于更好地進(jìn)行冷凝過程運動特性分析;特征量提取用于氣泡冷凝、運動過程的定量分析。本文中編寫的圖像處理程序主要包含圖像的預(yù)處理、圖像分割、二值化及數(shù)據(jù)提取三大部分，實現(xiàn)了氣泡體積、表面積、中心位置等特征參數(shù)的提取。利用所提取的氣泡特征參數(shù)，對氣泡運動和冷凝特性進(jìn)行了分析總結(jié)。
　　在氣泡的冷凝運動

4、過程中，含有不凝氣體的蒸汽氣泡表面出現(xiàn)“褶皺”、“斷開”等現(xiàn)象。“褶皺”現(xiàn)象有利于增大氣泡與過冷水的接觸面積，提高換熱速率?！皵嚅_”現(xiàn)象中，氣泡由一個大的整體變成兩個或多個相互接觸的小獨立部分。冷凝末期出現(xiàn)大量的微小氣泡，這些微小氣泡表面光滑且大多保持球形等經(jīng)典形態(tài)。微氣泡群運動過程中，氣泡間會出現(xiàn)碰撞、聚合等現(xiàn)象。冷凝過程中，氣泡速度初期“震蕩”、中期線性降低、末期大幅變化;氣泡形狀初期均向球狀發(fā)展，隨著冷凝過程的進(jìn)行出現(xiàn)發(fā)散性偏離。