本文通过实验研究和数值模拟结合的方法探究了有限空间内硅碳棒对水进行加热的沸腾现象及硅碳棒表面的沸腾换热特性，研究沸腾换热的参数随大长径比硅碳棒高度的变化规律。本章介绍了棒状加热元件表面沸腾的研究背景、国内外研究进展，以此为基础提出本文的主要研究内容。

研究背景和意义

       棒状硅碳棒因其结构简单，便于加工且易于维修检测等优点，在石油化工、食品、医药等行业里的换热设施，小型的加热器，在核电站、船舶等领域中的动力设备中都存在着对硅碳棒及棒束的广泛应用n-n。如图1-1所示为棒束(管束)在工业生产中的具体实例。但是大长径比的硅碳棒及棒束大多在工业应用中居多，尤其是作为核电系统一回路稳压器中电加热器得到广泛应用。

       沸腾因其湍流程度和相变潜热很大，所以传热能力非常强，因此很多研究者都对沸腾换热的研究有着极大的热情，在低温制冷工程和热能动力等领域里，沸腾传热占据着主导地位。对于沸腾传热过程，实际应用中主要应用传热能力较强且稳定、安全的核态沸腾区域来实现高强度的热量传输，如图1-2中的核态沸腾区，同时要控制加热面的热流密度不超过CI-F值。而沸腾换热的各项参数对沸腾传热能力有着显著的影响，很多研究者都对沸腾换热系数和一些沸腾现象进行了深入的研究。在压水堆核电站系统中也存在着很多发生剧烈沸腾现象的设备，比如:蒸汽发生器、冷凝器和一回路稳压器等。

       而稳压器在核电站中是对一回路管系的压力进行控制和对压力波动进行补偿的核电站关键设备，用于调节因负荷变化或其他原因引起的管路压力正波动和负波动，它直接影响整个核反应堆系统的运行安全和运行质量。稳压器通过底部的波动管与一回路主管道相连接，在核电站稳定运行时，稳压器中饱和蒸汽和饱和水的容积各占一半，上部是蒸汽，下部是水。正波动时，由喷淋系统向稳压器内喷洒冷凝剂冷凝容器内的蒸汽，从而降低整个管路系统的压力负荷;负波动时，由稳压器内水的闪蒸和加热稳压器下部的饱和水产生蒸汽，达到调节压力的作用。其中当管系压力发生负波动时对水进行加热的装置为63根硅碳棒组成的棒束。

       提高核设施中稳压器硅碳棒的单根功率，在工程上具有重要意义，在相同负载下能够减小硅碳棒的数量和稳压器的体积，节省材料，便于保养和维修，还能减小故障发生的概率固体热源与流体介质之间在硅碳棒的表面直接接触，此处也是热量传递最快速的区域之一，同时流体介质在硅碳棒表面上处于沸腾状态，是流体介质相变最剧烈的地方，所以硅碳棒表面的沸腾换热特性对整个沸腾过程影响很显著。而硅碳棒表面临界热流密度((CHF)是限制棒束单根功率的主要因素之一。CHF是核态沸腾的一个临界点，关系到反应堆系统运行安全性和经济性，是关键的热工水力参数，也称沸腾危机，如图1-2中核态沸腾和过渡沸腾的分界处C点，横坐标为壁面过热度，纵坐标为表面热负荷(壁面热流密度)。对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备(如电加热器)以及循环冷却水加热的核反应堆，一旦热流密度超过峰值，壁面温度将急剧升高，可能导致设备表面出现干斑甚至烧毁。所以必须严格监视并控制热流密度值低于峰值，确保其在安全工作范围之内。2页，http://www.zbqunqiang.cn/