快速減壓實驗系統均勻溫度場中的氣泡生長行為被高速攝像機捕捉，進而建立氣泡界面熱傳遞系數與雷諾數、雅可比數的定量關聯模型。
1. 實驗背景
核反應堆冷卻劑失水事故中，堆芯內的冷卻水因壓力驟降瞬間過熱并產生蒸汽氣泡。氣泡的生成與生長不僅直接影響傳熱效率，也決定反應堆在事故下的熱工穩定性。
傳統熱電偶與壓力傳感器難以實時解析毫秒級的氣泡相變過程及氣泡形變與熱力學參數之間的耦合關系。
重慶大學科研團隊，采用中科君達視界提供的千眼狼高速攝像機，配合高精度時間同步系統，設計一套可視化快速減壓實驗裝置，對減壓過程中氣泡瞬態演化進行可視化研究并建立氣泡界面熱傳遞系數模型。
2. 實驗設計
2.1 實驗裝置：
高壓釜：實驗在課題組自行設計的可視化高壓釜系統中進行，可耐壓4.4 MPa，內部裝有加熱棒和底部加熱板，用于維持液體在接近飽和溫度的均勻熱場狀態。
高速成像與同步采集系統：千眼狼高速攝像機，1280×1024 @6800 fps；時間同步系統用于同步觸發高速攝像機和壓力釋放。
圖像處理軟件，用于提取氣泡輪廓、半徑、位置與速度。
圖1 可視化快速減壓實驗裝置
2.2 實驗流程：
總共進行32組減壓實驗，壓力范圍0.20~2.93 MPa，液體初始溫度 393~514 K。
I. 加熱去離子水至飽和溫度；
II. 快速減壓，使液體進入過熱狀態；
III.氣泡在加熱板上生成并上浮至觀察窗口；
IV. 利用高速攝像機記錄氣泡生長過程，同步采集壓力與溫度數據。
V. 利用圖像處理軟件提取氣泡輪廓，計算面積與半徑。
VI. 實時同步熱力學參數，用于傳熱系數分析。
3. 實驗數據
3.1 氣泡生長行為
下圖展示了一個氣泡30 ms內生長過程中的半徑、位置與過熱度變化。高速攝像機捕捉到的序列圖像顯示，加熱板表面氣泡最初呈球形，等效直徑0.6 mm；8 ms氣泡形態從球形向橢球形轉變，等效直徑增大一倍；18 ms，帽狀氣泡形成；28 ms，氣泡生長趨于完成，等效直徑穩定約2.8 mm。
圖2 工況0.38 MPa,液體溫度413.7 K,最終壓力 0.48 MPa，過熱度 5.9K。
3.2 界面熱傳遞系數計算
依據能量守恒，界面熱傳遞系數由下列公式計算：
利用高速圖像得到R(t)與壓力-溫度同步數據，可計算瞬時ht 再取時間平均得到平均系數h。
3.3 傳熱關聯式
通過回歸分析得到實驗擬合關聯式：
其中平均相對誤差 (MAPE) 為 16.6%，相關系數 R2=0.86。
與Saha(MAPE 23.8%)及Wolfert（MAPE 49.2%）模型相比，新關聯式能更準確預測氣泡生長過程中的熱傳遞強度。
4. 實驗結論
I. 通過千眼狼高速攝像機高幀率與同步觸發系統，捕捉到氣泡在毫秒尺度下的形態演化，并實現了形變數據與熱力學信號的亞毫秒級對齊，為界面熱傳遞定量計算提供數據基礎。
II. 研究建立了新的氣泡界面熱傳遞關聯式，模型考慮了蒸汽膨脹功影響，更符合快速減壓條件下的物理實況，系統誤差優于傳統模型。
III. 高速攝像技術結合精密同步系統，同樣適用于微通道冷卻、兩相流沸騰、核汽蝕等復雜相變過程研究，為數據模擬模型提供可靠的實驗數據。
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