矩形微槽横截面换热特性的分析

对矩形毛细微槽中液膜在横截面方向上的换热特性进行了研究。计算结果表明,当弯月面与槽底接触时,不仅在微槽的侧壁面上存在两个蒸发薄液膜区,在槽底还形成了两个蒸发薄液膜区;随着槽底热负荷的增大,薄液膜区域热流密度的峰值随之升高;固液接触角增大,薄液膜区域的热流密度峰值增大;薄液膜区域的高强度蒸发换热是矩形毛细微槽高强度换热的主要原因,占总换热量的80%以上;固液界面接触角对薄液膜换热的影响很大。     

微槽群内汽泡动力学行为对接触线的影响

针对沸腾情形下毛细微槽群热沉内汽泡对汽液固三相接触线的影响,进行了可视化实验研究。研究结果表明：汽泡动力学行为会直接导致微槽群内三相接触线的形状变化,从而引起蒸发薄液膜的厚度、面积以及汽液界面曲率等对薄液膜的蒸发换热特性有重要影响的物理量的变化。实验证实了在开放式微细尺度槽群结构热沉中,固有弯月面区域里的沸腾与扩展弯月...     

矩形微槽蒸发薄液膜新边界条件的设定

采用了一种新的边界条件来求解微槽内蒸发薄液膜的控制方程。这种新的边界条件保证在毛细微槽中,本征弯液面区域的液面弯曲中心位于微槽的中心线上,从而消除了传统微槽薄液膜计算模型中产生的物理矛盾。计算结果显示随着过热度的增加,本征弯液面部分的曲率半径不是恒定的,而是逐渐增加的,这导致了本征区域毛细吸力的降低。计算结果同时表明在本征区域的较薄位置,存在一个狭窄的热流密度相当大的子区域。在数值研究中,如果将此子区域用恒定半径的区域来替代,从理论上来讲是不合理的。     

固着液滴蒸发薄液膜区传质传热特性数值研究

本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,以水为工质,建立固着液滴蒸发薄液膜区、宏观弯月面区、固体基底内部及气液、液固、气固界面的耦合传热模型,并探究固体基底厚度和热物性对蒸发薄液膜区传热特性的影响。结果表明,由于液滴蒸发过程中的冷却效应,三相接触线附近的基底温度低于周围固体温度;蒸发速度越快,温度差越大。蒸发薄液膜的长度、最大质量流量和传热量与基底厚度与液滴半径比值h_r有关;当h_r=0.4时,薄液膜区传热对总体传热贡献最大;基底的热导率越小,蒸发液滴具有更长的蒸发薄液膜长度及更强的界面传热,薄液膜区传热对总体传热影响越显著.     

疏水表面蒸发液滴下气液界面形态演化研究

研究蒸发液滴下气液界面的形态演化可为换热表面性能改进提供指导。本文以单个微槽及槽内液滴下气液界面为研究对象,运用能量分析法确定了疏水微槽表面放置液滴下气液界面的初始形态,提出了蒸发液滴上下气液界面同步演变理论,并利用该理论对液滴下气液界面失稳的原因、条件及下气液界面曲率的变化规律进行了探讨。结果表明,放置在疏水微槽表面上的液滴,其初始下气液界面与槽壁形成的微观接触角会介于0和本征接触角之间,在形态上呈现为曲率圆。当蒸发液滴下气液界面与槽壁形成的微观接触角大于一定数值后,会引发液滴下气液界面失稳,失稳后的液滴下气液界面形态受槽壁与水平面夹角的影响较大。     

水平微肋管内基于分层流流型的沸腾传热理论模型

本文提出了基于气液分层流的水平螺旋微肋管内沸腾传热理论预测模型。在模型建立过程中,采用了与开发微肋管冷凝分层流模型类似的理论处理方法。在气液分界面以上区域,相邻微肋之间的沟槽内的半月形液面形状取决于重力和表面张力之间的静力平衡关系,其中半月形液面中的薄液膜区域的传热特性由先前提出的薄液膜蒸发模型预测;分层流液体中的传热特性由Mori等建立的基于实验数据的关联式确定。将模型理论预测值与已由的四种不同结构的微肋管、三种有机工质下得到的实验数据进行了比较,结果表明,只要不发生管内部分烧涸现象,在Fr0<2.5时,理论预测值和实验数据符合得相当好。     

矩形槽道微小型平板热管传热性能的理论分析

本文对矩形槽道微小型平板热管的传热特性建立了分析模型,利用薄液膜理论分析了槽道截面上形成的蒸发液膜的厚度分布,同时考虑了蒸汽运动时对液体界面的摩擦阻力和热管管壁的轴向导热。计算结果与实验符合良好。     

基于微肋管的微沟槽表面薄液膜沸腾理论模型

本文提出了基于微肋管的薄液膜蒸发沸腾的输运现象数学模型及其有限差分求解方法。数值模拟结果表明,在蒸发扩张半月形液膜中,非蒸发液膜区域液膜形状主要取决于分子膨胀压力;在薄液膜区域与非蒸发区域的连接处存在着一个强烈的蒸发点,这是膨胀压力和表面张力共同作用的结果;在本征半月形液膜区域压力梯度几乎完全取决于表面张力,因而在该区域内液膜形状可以假定为圆弧形状。     

矩形毛细微槽中三角形区域接触线特性的研究

利用CCD和宽视场体视显微镜相结合的技术,拍摄了矩形毛细微槽内液体工质在三角形区域的润湿图像,并进行了图像处理,研究结果表明:随着热流密度的增加,三角形区域内的三相接触线向微槽底角收缩,导致三相接触线的长度减小,液膜厚度减小;随着微槽深度的增加,三角形区域的接触线长度减小;随着微槽宽度和倾斜角度的增加,三角形区域内的接触线长度增加,液膜厚度增加.     

竖直矩形微槽轴向流动理论模型

本文对毛细微槽中流体的轴向流动特性及干涸特性进行了研究,参考自适应理论建立了一维流动模型,与实验结果进行了对比.计算结果表明随着微槽槽宽的增大、槽深的减小,槽内流体的轴向干涸高度呈减小趋势,与实验数据吻合较好,说明计算方法具有一定可靠性.计算模型得到了弯月面曲率半径和液膜厚度沿轴长的变化曲线,为自适应理论做出有效的补充.     

厚度不均对纳米多孔镀层发热极限及熔毁失效的影响

采用纳米多孔膜可以实现新型的具有极高热流密度的薄液膜沸腾相变传热。在薄液膜沸腾的基础研究中,通过在纳米多孔膜表面加工纳米级别厚度的铂镀层实现加热和测温。通过扫描电镜观察,发现实验样品残骸表面有“河流”状形貌形成,结合元素分析推断铂镀层局部发生热熔。本文对铂镀层进行简化并建立电网络模型,计算并分析了铂镀层局部厚度不均对整体发热极限及熔毁失效的影响。分析结果表明,镀层厚度的不均,将会使镀层在达到极限热流密度后,极易出现“河流”状熔毁,使镀层永久失效;而厚度更加均匀的铂镀层,有助于获得更高的极限热流密度。     

窄缝通道中液氮的沸腾传热研究:第二部分:窄缝通道尺寸对液氮临界热流密度(CHF)的影响

在实验的基础上对窄缝通道中液氮的临界热流密度进行了实验研究.实验针对3个不同长度和间距尺寸的窄缝通道在多方位倾角的情况下进行.系统研究了窄缝的方位倾角和窄缝的几何尺寸对临界热流密度的影响,同时对液氮的膜态沸腾进行了研究.     

强化管管外升膜蒸发换热特性实验

升膜蒸发是利用微细槽道对液体的毛细抽吸作用,在强化管外表面覆盖一层薄液膜,进而以薄膜蒸发的形式实现强化换热.本文针对强化管在水中的浸入深度,蒸发压力,加热壁面过热度等因素对升膜蒸发换热性能的影响展开实验研究.实验结果表明随着管外液位的降低升膜蒸发换热系数明显提高,此外,蒸发压力和加热壁面过热度因素对升膜蒸发换热性能也有着显著的影响.     

液滴撞击液膜的流热耦合界面追踪方法数值模拟

采用界面追踪方法研究蒸馏过程中液滴撞击高温薄液膜的流动和传热特性，将数值结果与解析解和实验进行比较验证模型的正确性，研究气液界面和热流分布的演变过程.同时，分析液滴We数和无量纲液膜厚度对传热的影响.液滴撞击后的热流密度分布显示：液膜可分为撞击区、过渡区和静态区.由于液滴的撞击作用，强制对流是撞击区内主要的传热机制.增大液滴的韦伯数或减小无量纲液膜厚度会加强热量传递.随着液滴韦伯数的增加，冲击引起的扰动增强，在动量和能量共同作用下，平均热流密度明显增大，撞击区冠状水花越明显.无量纲液膜厚度越小，平均热流密度越大，且有更长的时间保持高热流密度换热.     

Boiling heat transfer of refrigerant R-21 in upward flow in plate-fin heat exchanger

The article presents the results of experimental investigation of boiling heat transfer of refrigerant R-21 in upward flow in a vertical plate-fin heat exchanger with transverse size of the channels that is smaller than the capillary constant. The heat transfer coefficients obtained in ranges of small mass velocities and low heat fluxes, which are typical of the industry, have been poorly studied yet. The characteristic patterns of the upward liquid-vapor flow in the heat exchanger channels and the regions of their existence are detected. The obtained data show a weak dependence of heat transfer coefficient on equilibrium vapor quality, mass flow rate, and heat flux density and do not correspond to calculations by the known heat transfer models. A possible reason for this behavior is a decisive influence of evaporation of thin liquid films on the heat transfer at low heat flux.     

石墨烯/AZO/SiC复合结构的近场辐射换热特性

由于倏逝波贡献,近场辐射换热可以远超黑体辐射定律给出的极限换热热流,对近场辐射换热的调控在近场热光伏及热管理方面有重要的应用前景。石墨烯是一种有潜力的可用于近场辐射换热调控的功能材料。本文研究了由石墨烯、铝掺杂氧化锌(aluminum-doped zinc-oxide,AZO)及SiC构成的多层复合薄膜的近场辐射换热特性。研究发现:"AZO薄膜+SiC基底"结构的频谱辐射热流在SiC的SPhP频域出现谷值,而"SiC薄膜+AZO基底"结构同时在两种表面极化激元的共振频率处出现峰值;覆盖单层石墨烯薄膜对"AZO薄膜+SiC基底"结构的近场辐射换热基本没有影响;而"石墨烯/SiC薄膜/AZO基底"结构却可以同时支持三种表面极化激元,并在调控石墨烯化学势到适当值时,可以有效增强近场换热。本研究有助于理解石墨烯对近场辐射换热的调控特性。     

微小空间蒸发传热的可视化实验研究

微小结构中蒸发传热过程的研究对高性能传热设备如毛细蒸发器等的设计和性能的提高 有着重要作用,因此成为近年来国内外传热界的研究热点之一。接触角在微小结构蒸发传热过程中 是一个非常重要的概念,因此,本文主要针对接触角随热负荷的变化规律进行了可视化实验研究。 实验结果表明,接触角发生了明显的滞后现象;当加热功率较大时,接触角对加热功率的反应更为敏感蒸馏水－玻璃体系的接触角大于无水乙醇－玻璃体系的接触角。     

Measuring deformations of the heated liquid film by the fluorescence method

The fluorescence method was used to measure the instantaneous thickness field of the falling nonisothermal water film. The process of rivulet formation in a heated film was registered. Measurement averaging allowed determination of the degree of transverse deformation of a film. In the lower half of the heater within the interrivulet zone of the non-isothermal film, the wave amplitude decreases with a rise of the heat flux and reduction of the average thickness. Two zones of the heat flux effect on liquid film deformation were distinguished. At low heat fluxes, the film flow is weakly deformed. At high heat fluxes the thermal-capillary forces provide formation of rivulets and a thin film between them. The work was financially supported by the President of RF (NSh-6749.2006.8), Russian Foundation for Basic Research (Grants Nos. 05-08-33325-a, 06-01-00360-a), National Center on Science and Innovations (State contract No. 02.438.11.7002), and SB RAS (Interdisciplinary Integration Project No. 111).