爆发沸腾形核分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了液氮和水爆发沸腾中均相形核能量转换过程,通过计算系统势能变化分析了热流量和高能分子团尺寸对形核过程能量转换的影响,并分析了水和液氮爆发沸腾形核区别.结果表明,热流量与高能分子团半径的增加都会使系统中的势能转化增加.在模拟后期,水的势能转化趋于平稳,液氮势能转化逐渐升高,这与液氮与水分子之间的相互作用有关.     

超急速爆发沸腾传热的实验与理论研究

超急速爆发沸腾研究具有重大理论与实用价值。本文在实验研究的基础上,建立了脉冲激光作用下超急速爆发沸腾传热数学模型,并采用恰当的数值处理方法进行了数值模拟计算。结果表明,计算与实验结果基本吻合,在超急速爆发沸腾过程中,汽相、液相的升温吸热以及汽化潜热等是影响温度变化的重要因素,实际过程中应综合加以考虑。     

超急速爆发沸腾的傅立叶与小波分析

采用快速瞬态微型压力测量系统对脉冲激光加热下无水乙醇超急速爆发沸腾过程中液池内压力变化进行了测量,利用傅立叶变换、小波分析等理论工具对该过程的能量与频率特性进行了分析,并对汽泡群行为进行了理论推测.结果发现,爆发沸腾过程中压力信号频率处于MHz量级;在不同阶段气泡群行为具有不同特点.     

系统变量对低温环境下超急速爆发沸腾的影响

本文以脉冲激光为热源,以高响应、高精度铂薄膜电阻为测温和加热元件,进行了低温工质(液氮)超急速爆发沸腾的实验研究。利用显微放大摄影系统对不同工况的沸腾过程进行了拍照,发现不同系统变量:如试件表面状况、激光参数对低温工质(液氮)超急速爆发沸腾行为有着重要的影响。     

一个新的核态沸腾汽泡动力学模型

本文在经典汽泡动力学理论基础上，提出了描述汽泡生长过程的综合界面模型．本模型的核心在于汽泡内部的热力学过程的详细分析及汽液界面的传热、传质过程的详细描述．并对汽泡生长过程进行了模拟计算，给出了动力学控制阶段的时间范围．本模型对汽泡生长、汽膜发展的理论分析及数值模拟提供了良好的基础．     

超急速温升沸腾热流密度研究

本文以不干涉测温系统的激光为热源,以高响应、高测量精度的铂薄膜电阻为测温元件和加热元件,从而保证了研究丙酮液体在超急速温升条件下的沸腾热流密度时瞬态测量的精确性。利用显微镜和数码相机对沸腾过程进行照相,计算了丙酮液池的温度场、热流密度及其蒸汽量,得出了沸腾曲线,发现了过冷沸腾中汽泡并不淹没的现象。     

微细加热丝过冷核态沸腾汽泡行为的再观测

微尺度加热表面过冷核态沸腾传热实验的可视化观测、局部细节过程的记录是其机理研究的重要方法。本文利用高速摄像仪分别对30μm、50μm和60μm铂丝在过冷下汽泡生长及运动情况进行了系统观测。观测到与以往微尺度和常规尺度下加热丝表面汽泡行为不同的"新"特征:微细加热丝上的过热薄液层现象,汽泡在合适热流下的悬浮运动以及汽泡间出现环绕运动等一些实验现象。     

窄流道内压力对汽泡动力学特性的影响

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究.发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽泡成串排列在加热壁面上,其沿壁面滑移距离随着过冷度和热流密度的增加而增大.较高压力下小汽泡容易发生滑移现象的原因在于高压力使气泡的直径减小,导致气泡的受力发生改变,而使气泡的行为发生改变.     

煤油和空气的混合流体水平管内沸腾换热实验研究

以煤油为介质,在高不凝气体含量下对水平管内的沸腾换热进行了实验研究,得到了在不同的不凝气体含量范围内,沸腾换热系数随不凝气体含量增加而降低的规律．实验结果表明了不凝气体的加入使得煤油的分压降低,泡点温度降低,在较低的混合流体温度下就产生了沸腾,但不凝气体对核态沸腾换热存在抑制现象．采用渐进逼近模型给出了含不凝气体的煤油管内沸腾换热的实验关联式。     

不锈钢棒材形状对淬冷沸腾的影响研究

对平底和圆底两种不同形状不锈钢圆柱棒在不同过冷度下的淬冷沸腾进行了可视化实验研究。结合导热反问题实验方法处理,对比分析了棒材形状和过冷度对淬冷沸腾过程气膜演变和最小膜态沸腾温度的影响,结果表明：相对于平底,圆底棒材底部圆滑使气膜不易破裂,延长了淬冷沸腾的时间;随着过冷度的增加,壁面冷却速率增大,膜态沸腾时间缩短,最小膜态沸腾温度升高,临界热流密度增大,促进了淬冷沸腾的进行。最终建立了最小膜态沸腾温度与过冷度的关系式。     

沸腾核化的异相扰动与叠加模型

本文提出沸腾核化的异相扰动与叠加模型,讨论各种扰动特性及对核化的作用。应用新的模型,可定性分析解释不同非均匀核化的物理过程与机制,进一步充实对微小尺度液体提出“汽化空间”与“拟沸腾”两个新概念的内涵并给出更明确的物理含意。     

短脉冲激光加热下液氮爆发沸腾实验观测

21世纪的超导研究将步入实用化阶段。在超导体工作中,其所处的低温环境(液氮、液氦)有可能受到瞬时高热流的冲击,从而导致爆发沸腾的发生,甚至影响到超导体的安全、稳定工作。对此,有必要进行系统的实验和理论研究,揭示低温工质的爆发沸腾现象与过程特征。本文就是基于这一目的,首次从实验角度观察液氮的爆发沸腾行为,拍摄到液氮爆发沸腾时的系列照片,并测量了脉冲加热期间以及之后的温度变化。发现了一些新颖并值得关注的现象。     

饱和液氮爆发沸腾实验与传热机理分析

瞬态高热流加热下饱和液氮会发生爆发沸腾,而对于该过程的特殊传热机理因素,目前还没有相关的深入研究和分析。本文基于实验,在总结沸腾传热机理研究成果的基础上,重点分析了饱和液氮爆发沸腾过程中以汽泡群形态实现热量传递的特殊之处,并进行了理论模拟验证。结果表明,汽泡群内部众多汽泡所发生的破裂收缩行为,会释放潜热并形成热流,成为爆发沸腾独特的传热机理影响因素。     

纳米颗粒对沸腾活化核心密度的影响

根据实验所得沸腾曲线,对纳米颗粒悬浮液进行稳态数值模拟,计算了不同过热度下活化核心的密度.计算结果表明一对于不同浓度的纳米颗粒悬浮液,在考虑了其物性变化对沸腾传热的影响外,颗粒的加入对活化核心密度产生的影响是主要的因素,并且影响效果随颗粒浓度的变化不呈单向趋势.     

混合工质过冷核化沸腾气泡行为特性

本文采用控制热流密度方式对乙醇和水二元混合物在直径0．1 mm铂丝上过冷沸腾核化进行可视化实验观察, 分析不同混合比、热流密度下过冷沸腾核化实验现象。实验证明,小气泡射流是混合工质沸腾换热中主要的换热形式,并且其形态具有多样化,如连续射流、间断射流、离散射流、非常规射流、分叉射流等。     

加热面活性气化核心密度的分形描述

本文利用分形几何描述加热面的表面粗糙度，通过定义的“佛腾维数”，建立了以分形维数表示的地沸腾活性气化核心密度与加热面特性之间的关系式，其预测结果与水-不锈钢组合池沸腾实验结果吻合较好．     

竖直矩形通道内液体流动

通过对沸腾气泡在液体中的受力分析,建立了沸腾气泡长大过程的动力学方程;进而获得了沸腾气泡的生长速率与脱离直径的计算方法.采用图象捕集与处理系统,对竖直矩形通道内液体流动沸腾气泡长大与脱离行为进行实验测定,结合模型求解,获得了气泡生长速率、气泡脱离直径、气泡与加热壁面的接触角等参数随操作条件的变化;由模型计算所得的气泡脱离直径与实测值较为符合.