蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热的影响研究

本文以水一酒精混合蒸气为工质,对蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热特性的影响进行了实验研究.结果表明:混合蒸气凝结换热系数随蒸气流速的增加而增加,但换热系数对流速的敏感性随酒精蒸气浓度不同而有所区别,在酒精蒸气浓度较低时,流速使换热系数的增加较为明显.对比流速对溶质Marangoni凝结换热特性的的影响,流速对温度梯度和浓度梯度共同驱动的Marangoni凝结换热影响要弱一些.     

混合蒸气在圆管外凝结特性的实验研究

在搭建圆管混合蒸气凝结换热实验台的基础上,在圆管外进行了一系列不同气相浓度酒精和水混合蒸气的Marangoni凝结实验。在实验过程中进行了可视化研究并拍摄了大量的凝结图片,研究了酒精蒸气浓度对传热系数的影响及冷却水流量对壁面温度的影响.实验结果表明,传热系数随酒精浓度的提高而降低,酒精浓度为1%时传热系数达到最高值,换热系数比相同工况下纯水蒸气提高近30%.最后,对传热系数随浓度的变化做了定性分析。     

蒸汽流速对竖直管外Marangoni凝结换热特性影响的实验研究

本文在不同蒸汽流速下对水-酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了实验研究.结果表明:在相同蒸汽压力下,混合蒸汽在竖直管外凝结换热系数随蒸汽流速的增加而增加.当蒸汽酒精浓度较低时(1%、2%、5%),凝结换热系数随流速的增加而明显增加.当蒸汽酒精浓度较高时(20%、50%),流速的增加对凝结换热系数影响较小.这主要是由于蒸汽流速在低酒精浓度下对凝结扩散层热阻的影响大于在高酒精浓度下对扩散层热阻的影响.     

凝结表面温差对水-酒精混合蒸气换热特性的影响

本文研究了温度梯度对不同浓度水-酒精混合蒸气的Marangoni凝结的影响.搭建了具有高气密性的实验台,设计了凝结表面存在温差的实验块.在低于大气压力(31.2 kPa,47.4 kPa,84.5 kPa)的条件下,对8个浓度(0%～50%)混合蒸气进行了实验研究并实现可视化.实验结果表明温度梯度在低过冷度(<10 K)下,提高了低浓度(0.5%,1%)的水-酒精混合蒸气的换热系数.分析认为是因为表面温差带来了表面张力的差异,促使液膜内扰动增大,减少了凝结液膜热阻的缘故.     

不同压力下竖直管外Marangoni凝结换热特性研究

本文在不同压力状态下对水与酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了可视化实验研究,观测到不同过冷度下的凝结状态.实验结果表明,在相同流速和浓度条件下,酒精浓度较低时凝结换热系数随蒸汽压力的升高而升高.但在高酒精浓度下,凝结液表面张力梯度减小,扩散热阻的影响增大,蒸汽压力对于凝结换热系数的影响并不明显.     

伴随有水蒸气凝结的烟气对流换热的实验研究

本文通过实验研究了冷凝式燃气热水器中烟气伴随有水蒸气凝结的受迫对流换热过程。着重介绍实验系统、测试方法和对塔板式换热器和肋片板式换热器的实验研究结果。实验表明,有水蒸气凝结时的烟气对流换热系数远大于无凝结时的换热系数,可提高数倍。在冷凝式换热器中,塔板式换热器的换热系数大于肋片板式换热器。     

不凝气体对R123凝结换热的影响

对氟利昂 R123 在水平单管外的凝结换热性能进行了试验研究,试验管为光管和五根强化管.目的是获得不凝气体对 R123 蒸气凝结时最佳肋密度的影响.试验结果表明:光管管外 Nusselt 理论值与实验数据偏差在±5%以内.对于含 8%不凝气体的 R123 在低肋管外的凝结换热,在肋密度为 1475 翅/米时可以获得最佳的换热性能.含不凝气体的 R123凝结换热系数显著下降,其管外换热系数约为纯蒸气的 20%～25%.随着肋密度的减小,不凝气体对凝结换热的影响逐渐减弱,但其最佳肋间隙仍保持不变,均为 0.32 mm.     

两种温度场表面Marangoni凝结换热特性比较

本文对水和酒精混合蒸气在表面具有不均匀温度场的竖直平板上的凝结换热进行了实验研究,分别从凝结换热特性和凝结形态两个方面与具有均匀温度场的竖直平板凝结换热实验结果展开了比较.实验结果表明,本实验凝结面上的液珠明显要比均匀温度场的密集细小,液珠的冲刷速度也明显较快;在相同的工况下,本实验中的凝结换热系数在任何浓度下都比均匀温度场壁面的高.初步的理论分析也表明,本实验中凝结表面浓度梯度和温度梯度共同作用引起表面张力梯度增大,导致的Marangoni对流加强,凝结换热得到强化.     

高浓度CO_2存在时水蒸汽在V形纵槽表面凝结换热的实验研究

本文进行了CO_2-水混合蒸气在不锈钢V形纵槽表面进行了凝结换热实验研究。结果表明,CO_2质量浓度在80%~94%范围内,两V形纵槽表面的凝结换热特性均优于光滑平板。1 mm×2 mm纵槽冷凝表面的凝结换热系数比平板提高了8.51%~15.4%。在20%~94%浓度范围内,1 mm×2 mm冷凝特性均优于0.5 mm×1 mm冷凝块,所以适当增加肋片的高度和肋间距在一定程度上可以强化冷凝传热过程。     

蒸气在倾斜细小直径圆管内的流动凝结换热特性

细小管内的流动凝结换热具有许多超常换热特性,经典的Ｎｕｓｓｅｌｔ分析方法已不能满足需要。在以往研究的基础上,本文进一步通过实验探析换热温差和蒸气流量对不同直径的细小管内流动凝结换热的影响。研究表明,管径越小,换热温差对凝结换热系数的影响程度越低;通过流量和倾角对凝结换热数的影响,分析了重力引发的流动分层和剪切力对凝结液的排除两种因素对细管传热强化的作用机制。本文的实验结果和用于常规尺度下的通用关联式对比表明,采用细管,管内的流动凝结换热得到无可置疑的强化     

CONDENSATION HEAT TRANSFER OF STEAM ON VERTICAL DROPWISE AND FILMWISE COEXISTING SURFACES WITH A THICK ORGANIC FILM PROMOTING DROPWISE MODE

This article describes an experimental investigation of the condensation heat transfer of steam on dropwise and filmwise coexisting (DFC) surfaces, on which dropwise and filmwise exist simultaneously at adjacent positions. A fluor-containing organic film with thickness of more than 1 μm was coated on the dropwise regions of the external surface of a brass tube to promote dropwise condensation. The surfaces were divided horizontally into many regions according to the designed dropwise and filmwise condensation area ratio. The area ratio of dropwise regions and filmwise regions in the present study was fixed at 50%:50% for all the six surfaces, while the numbers of dropwise and filmwise regions ranged from 2 to 16. Experiments were conducted at atmospheric pressure and the treated tube was oriented vertically in the condensing chamber. It was found that the heat transfer performance for DFC surfaces increases with increasing number of dropwise and filmwise regions, and an enhancement ratio of 1.27 to 1.96 is realized compared with the results for bare surface. Visual observation revealed that the appearance of condensation near the boundary region between the dropwise and filmwise regions was dependent on the relative positions of the two condensation regions. The condensate flowed smoothly across the boundary for dropwise condensation in the upper region. With filmwise condensation in the upper region, a condensate ring was formed at the interface and was retained at the interface for a short period of time before collapsing and then continued to flow downward through the dropwise condensation region. The condensate ring made a remarkable contribution to the condensation heat transfer enhancement for DFC surfaces. Finally, the results also showed that the heat transfer enhancement for dropwise and filmwise coexisting surfaces depends not only on the area ratio on DFC surfaces, but also on the surface subcooling degree. An optimal coordinating condition between these two factors might realize a maximum heat transfer enhancement ratio.     

滴状冷凝过程液滴自由表面温度场分析

对于滴状冷凝过程及其传热强化机理, 一般通过分析冷凝壁面上液滴分布和运动规律进行研究, 并且将单个液滴视为稳定的个体, 很少涉及液滴内部运动特征. 本文通过红外热像仪观测了纯蒸气滴状冷凝过程中, 液滴运动时自由表面温度场的演化过程. 发现在疏水壁面上, 液滴由于合并或脱落而发生移动过程中, 其自由表面温度先降低, 而后升高并高于移动前温度. 通过分析疏水表面上液滴移动过程的物理模型, 认为液滴移动时表面液膜发生履带式滚动现象, 或者发生液滴内部与自由表面附近的液体间形成对流和掺混现象. 对液滴运动时表面温度演变规律的分析表明: 触发液滴表面发生持续冷凝可能需要克服一个临界过冷度, 当气液间温差超过该临界值时才诱发冷凝; 液滴合并或脱落等整体运动过程, 导致了液滴内部的运动特征, 并促进了较大尺寸液滴表面发生直接冷凝, 这为强化冷凝传热的研究提供新的思路.     

水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热系数

本文在均质表面的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面的液滴分布和凝结换热特性,得到了一维水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式。在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响。结果表明:随着过冷度的增加和凝结工质汽化潜热的增大和表面张力的减小和接触角梯度的增大,平均表面凝结换热系数会增大。     

高功率二极管激光器喷雾冷却实验研究

通过以液氨为制冷工质的开式喷雾冷却系统,在相同实验条件下研究了二极管激光器(DL)热沉喷雾表面分别为光滑表面、均匀密排微孔、深孔和多孔表面结构时的冷却效果,实验结果表明:在热流密度达到300W/cm2时,冷却表面温度均保持在28℃以内,适用于高热流密度下的DL热管理问题;喷雾表面均布微结构能显著强化喷雾冷却性能,当采用均匀密排多孔表面时,散热功率达511.5 W/cm2,对流传热系数为346 701.1W/(m2·℃),传热系数较光滑表面时提高了83.9%。     

热交换器表面镀层对传热性能的影响

采用化学镀的方法对热交换器表面进行表面改性,使其换热表面沉积一层表面能不同的均匀镀层。传热实验表明,随着磷含量的增大,凝结传热系数增大。进一步可视化实验研究表明,镀层换热表面均表现为珠膜共存状态,增大镀层的磷含量,换热表面促进珠状凝结的效果更加明显。这归于镀层降低了传热表面的表面能值。     

水平和竖直细圆管内流动凝结换热特性的对比研究

本文采用基于相平衡理论的最小能量原理,根据当地气液两相流动条件确定气液界面形状,以此为基础,从理论上探讨水平细圆管内流动凝结的特点。通过与竖直条件下管内凝结换热特性的对比,分析重力、气液界面剪切力、表面张力对流动凝结的影响。研究发现,细圆管由竖直变为水平放置时,管径的减小同样导致重力的影响削弱,并且凝结换热得到进一步强化;但由于流型的变化,随管径的减小强化的程度减弱。     

电场下液滴合并自弹跳行为的分子动力学研究

在工程上通常利用滴状冷凝提高冷凝换热效率、进而强化传热。而当冷凝液滴发生合并自弹跳时,冷凝换热系数是传统滴状冷凝的1.3至1.5倍,因此液滴合并自弹跳现象对冷凝传热强化的贡献是非常大的。一些宏观实验和理论研究表明,加入外电场能进一步促进冷凝液滴合并自弹跳的频率和高度,但在纳米尺度下是否仍遵守这一规律还未可知,因此本文使用分子动力学模拟方法,探究了在超疏水表面上电场的方向和强度对纳米纯水液滴合并自弹跳行为的影响,模拟结果表明垂直向上方向电场会抑制液滴合并自弹跳,垂直向下方向存在一个电场促进弹跳的区间,在此区间内电场强度越大,弹跳速度越大.     

Forced Convective Condensation of R134A Vapor Inside a Vertical Microfin Tube

In this study, condensation of pure refrigerant R134a vapor inside a vertical 18° helical microfin tube was experimentally investigated. Tests were performed at saturation pressure of 5.7–5.9 bar with mass fluxes of 20–100 kg/m²s and heat fluxes of 1.7–5.3 kW/m². The effects of mass flux and the temperature difference between the refrigerant and tube wall (ΔT) on the heat transfer performance were analyzed throughout experimental data. For experiments in which ΔT is more than 2.5°C, the average condensation Nusselt number showed a tendency to be independent from ΔT. Heat transfer enhancement ratio was found to be 1.59–1.71, which is always higher than the heat transfer area enhancement factor (1.55). Fins always act as a turbulence promoter in the given experimental data range. Finally, the most widely used heat transfer coefficient correlations for condensation inside microfin tubes were analyzed through the experimental data. Best fit was obtained with Yu and Koyama's correlation with an absolute mean deviation of 17% and Kedzierski and Goncalves's correlation with an absolute mean deviation of 19%.     

新型制冷机冷凝器壳侧的传热强化研究

针对现行制冷机冷凝器的不足 ,设计了适用于冷凝传热的新型折流杆冷凝器的壳程内部结构 ,并分析了其传热强化机理。在重力控制条件下 ,对不同内部支承结构与管束组合的冷凝器进行了传热实验研究 ,得到了水蒸汽在冷凝器壳侧的冷凝传热特性曲线。采用冷凝传热强化因子的概念 ,建立了预测该种折流杆冷凝器壳侧冷凝传热膜系数的计算公式 ,为折流杆冷疑器在制冷系统中的设计应用提供了理论依据。