过冷沸腾汽泡顶部射流可视化实验研究 (2003年)

过冷沸腾是指流体温度低于其饱和温度时发生的沸腾现象，在工程应用中，例如制冷、化工、核能等领域具有非常重要的意义。过冷沸腾的汽泡特性是了解换热机理和优化沸腾换热器设计的关键。汽泡在生长过程中，汽泡顶部发生的射流现象被认为是影响换热效率的重要因素之一。 激光粒子图像测速技术（PIV）是一种先进的流动测量技术，通过分析粒子在流动中的运动来获得流速和流场信息。在本研究中，PIV技术用于测量过冷沸腾时微小汽泡顶部射流的速度场。研究者通过在实验中使用直径仅为0.1mm或者0.025mm的细铂丝作为加热物体，加热丝上发生沸腾实验，同时摄取汽泡生长和射流图像，并利用PIV技术得到汽泡顶部射流的流场图像。 由于过冷沸腾时汽泡尺寸非常小，实验对PIV系统进行了改造，以便能够精确测量。改造包括在CCD摄像头前增加放大光路，使用1μm直径的示踪颗粒，以及调整实验装置以确保加热丝上方的速度场能被准确捕捉。 实验结果表明，过冷沸腾中汽泡顶部射流的存在，并详细观察到了微小汽泡顶部射流随汽泡长大的变化过程。通过背光光源和折射成像技术，研究人员成功拍摄到了射流图像，从而分析了射流与汽泡生长的联系。 研究人员在文中详细描述了实验手段和设备，包括高速摄像机、YAG激光器、数字CCD摄影机、影像界面卡、同步控制器和质点影像测速分析软件等，这些设备共同构成了PIV量测系统。 此外，研究者提到了过冷沸腾汽泡特性的研究中存在许多不确定性，例如Marangoni流和蒸汽凝结对汽泡周围流场的影响程度。Marangoni流是指由于表面张力梯度引起的流体流动现象，它在汽泡周围流场中可能起着重要作用。蒸汽凝结是指汽泡内部蒸汽在冷却过程中转变成液态的过程，这直接影响汽泡的生长和射流的形成。 基金项目部分提到，本研究得到了国家自然科学基金和“973”重大基础研究项目的资助，体现了研究的深度和广度，以及其在科研领域中的重要性。 关键词部分提到了“过冷沸腾”、“汽泡”、“射流”和“激光PIV技术”，这些关键词均是本研究的核心内容。 在0引言部分中，作者提到了沸腾换热的广泛应用以及沸腾研究中汽泡特性的研究重要性。研究者还提到了对汽泡起泡直径、换热效果、工质流动影响以及Marangoni流和蒸汽凝结影响的研究现状。 研究者提出了在加热面向下的过冷沸腾实验中观察到汽泡顶部射流的新发现，并分析了射流形成的原因。这一发现有助于进一步理解和掌握过冷沸腾汽泡生长过程和换热机理。 由于实验采用了高速摄像技术，这使得研究能够捕捉到微小汽泡顶部射流的动态过程，进而使用激光PIV技术对汽泡顶部射流进行测量和分析。研究中发现，汽泡顶部射流与汽泡的生长过程密切相关，其射流速度场的测量结果对于研究沸腾换热机制和提高沸腾换热效率具有重要的科学意义和实际应用价值。