沸騰傳熱是一種高效的熱量傳遞方式，臨界熱流密度（CHF）是制約核能系統(tǒng)設(shè)計和危及系統(tǒng)安全的界限。深入研究沸騰傳熱的物理機理，強化CHF不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，也具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在核能領(lǐng)域，堆內(nèi)熔融物滯留壓力容器外部冷卻（IVR-ERVC）策略下壓力容器表面的沸騰傳熱現(xiàn)象是沸騰傳熱及強化實驗研究的重點。本項目將從沸騰傳熱氣泡識別及氣泡動力學(xué)研究、臨界熱流密度強化實驗及理論研究、流動沸騰及臨界熱流密度數(shù)值模擬研究三個方面，對沸騰傳熱的物理機理與CHF強化方法進行研究。

（1）沸騰傳熱氣泡識別及氣泡動力學(xué)研究

實現(xiàn)氣泡識別和氣泡追蹤預(yù)測，觀測氣泡數(shù)量和尺寸分布；采用數(shù)字圖像處理技術(shù)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行氣泡識別；采用運動追蹤技術(shù)，對氣泡進行追蹤計數(shù)；利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對氣泡進行分析。

（2）臨界熱流密度強化實驗及理論研究

設(shè)計搭建池沸騰實驗系統(tǒng)，完成碳復(fù)合材料的CHF實驗測試；采用高速相機拍攝氣泡；采用SEM測量加熱器表面形貌；探索CHF的物理機理模型。

（3）流動沸騰及臨界熱流密度數(shù)值模擬研究

對壓力容器外壁面流動沸騰進行仿真模擬，獲取流動沸騰特性；進行敏感性分析并與實驗數(shù)據(jù)對比，獲得具有較高準(zhǔn)確性的CHF數(shù)值模型；探討各個物理參數(shù)對CHF的影響。

在沸騰傳熱氣泡識別及氣泡動力學(xué)研究方面，設(shè)計了一套氣泡參數(shù)識別追蹤算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣泡直徑的統(tǒng)計和位置追蹤。研究發(fā)現(xiàn)，過冷池沸騰氣泡有兩種行為模式；氣泡產(chǎn)生速率與熱流密度有線性關(guān)系；在常壓過冷池沸騰中，壁面過熱度不是氣泡脫離的主導(dǎo)因素。

在臨界熱流密度強化實驗及理論研究方面，開展池沸騰實驗，得到了不同過冷度條件下碳復(fù)合材料的電阻和熱流密度，分別采用高速攝像機和SEM獲得了氣泡圖像與碳復(fù)合材料表面形貌圖像。解釋了CHF強化的物理機理，對界面分離模型進行了修正。

在流動沸騰及臨界熱流密度數(shù)值模擬研究方面，研究了IVR-ERVC條件下的流動沸騰CHF與參數(shù)分布情況、進行參數(shù)敏感性分析并開展系統(tǒng)分析。得出了CHF對各模型參數(shù)的敏感度，并探討了入口過冷度、入口流量等參數(shù)對于CHF的影響。