Abstract
本論文之研究目的在利用高溫熱環之淬冷實驗以模擬核反應器於冷卻水流失事故後核心燃料與冷卻水再度接觸的冷卻過程，並探討?系統壓力?水之之冷度?水質量流率等重要參數對沸騰熱傳之影響。本研究採用一外徑8.5 公分，內徑1.5 公分，長度9 公分之起始高溫不 鋼熱環以環路流進行強冷卻暫態沸騰熱傳實驗。熱環內共埋放九支熱電偶，靠近淬冷邊界位置放了七支藉熱電偶測得之溫度時變訊號作為淬冷邊界條件，以數值方法解時變熱傳導方程式，以計算熱環內暫態之溫度分布狀況與淬冷表面熱通率值，用以研究沸騰熱傳現象。其餘兩支熱電偶，置放於熱環內外壁間，以作為熱環起始溫度控制反測量溫度與計算溫度之檢視點。水環路以氮氣加壓，系統壓力之實驗範圍為0.1 ?2.07MPa 。熱環入口水次冷度範圍為5 ?40 ℃，水質量流率範圍為 440?1760 kg/m2 s，熱環之起始溫度均設在500℃以上。實驗結果顯示，水之質量流率提時將使沸騰熱傳曲線往高壁過熱局偏移，且使薄膜沸騰及過度沸騰之淬冷表面熱通之熱傳效果亦愈好。本實驗中，對於過渡沸騰熱傳，在系統壓力小於或等於0.589MPa 時，入口水次冷度愈高，其傳熱效果越好。但在系統壓力較高情況下，以本實驗而言，當系統壓力大於或等於1.38MPa 時，如水質量流率夠大，則入口水次冷度效應仍然是正向的。但如水質量流率較小時，則在過渡沸騰熱傳區，較低之入口水次冷度情況下其熱傳效果反而較佳。在本實驗之系統壓力範圍內，系統壓力愈高，最低薄膜沸騰點會往低壁過熱區偏移，而最高熱通率點會往較高壁過熱區偏移，且最高熱通率點其僅亦會隨著系統壓力升高而增大。本研究也對淬冷前端的移動速度作了採討，研究結果顯示水的質量流率增高，入口水次冷度增大或系統壓力增高均會使淬冷前端的移動速度增大。本研究，除仗用熱環淬冷法研究暫態過渡沸騰熱傳現象外，並使用另一環路，Water-Freon 113 loop，研究在穩定狀態下過渡沸騰熱傳區加熱表面溫度之顫動現象。此加熱表面溫度顫動現象為過渡沸騰傳熱區的一種特性，研究此種特性會對過渡沸騰熱傳區之基本現象將有更深入之瞭解。此部份研究穩定狀態下過渡沸騰熱傳的方法，乃採用□溫熱源，其法為在環路中以加壓蒸餾水為熱源通過內直徑為1.587 公分長度為50公分的鉛直銅管。Freon-113 流經此銅管外壁與內直徑為2.5 公分之耐熱玻璃管間所圍成之環成之環形區，其令Freon-113 在銅管外壁上發生過渡沸騰，以熱電偶測取銅壁上軸向位置之溫度分佈值，將軸向位置各略所測得之溫度數據，經過一般定減波器將實驗系統所產生之低頻顫動波減去後，利下來的高頻波即為過質沸騰熱傳區表面溫度顫動之特性波，再使用單變量迴歸均移模式來加以分析。實驗結果顯示，過渡沸騰熱傳區加熱表面溫度顫動的頻率約在0.3 ?0.8HZ 左右，同時，在過渡沸騰較刻裂之處其溫度顫竻的振輻較高，系統之阻尼比(Damping Ratio)亦較小，能量散失亦較慢。實驗過程中並發現，當過渡沸騰熱傳在試驗段的某區發生時，其相鄰此區附近之兩支熱電偶測得之溫度差非常大，實驗分析結果亦顯示，於薄膜沸騰熱傳區亦有表面溫度的微小顫動現象，唯其振輻較小，頻率亦比過渡沸騰熱傳區為低。此兩沸騰熱傳區表面溫度顫動現象之間差別，有待進一步作更深入的研究。