两相闭式热虹吸管加热段内的传热特性

两相闭式热虹吸管加热段内的蒸发沸腾,在一般情况下可分为液池和液膜(即下降液膜)蒸发沸腾两段。为了较精确地描述该两段的换热规律,首先要解决液池高度的确定方法。文献[1]对充液量、热流密度及物性参数对沸腾液池高度的影响进行了研究,并提出了计算公式。本文对两相闭式热虹吸管加热段内的传热进行了实验研究,试图把加热段分     

蒸汽加热竖直矩形窄通道流动沸腾换热的研究

为研究板式换热器内(蒸发-冷凝器)两相换热机理及流型特征,建立单侧蒸汽加热竖直矩形窄通道可视化实验系统,并进行实验研究。结果表明:在窄通道换热中,以核态沸腾换热机理更为活跃,流动沸腾受到抑制,表面换热系数最大值出现在核态沸腾区域;随着入口温度越高,表面换热系数最大点往左迁移,随着质量流量的增大,过冷段增加,沸腾起始点升高,表面换热系数最大点往右移;矩形窄通道主要出现泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流四种流型;将实验数据与现有流型图进行对比,发现流型转变与质量流量、通道尺寸及加热方式有关。该研究为更好的设计板式换热器提供了理论依据。     

以R22为冷却介质的机载闭式喷雾冷却传热性能关联式研究

以机载应用为研究背景,搭建了使用R22的闭式喷雾冷却实验系统,考察了加热表面在介质沸腾状态和临界失效状态的传热性能,为机载高热流密度武器热管理系统的设计提供参考。定义了表征液滴撞击、液膜流动、蒸发换热和沸腾换热的无量纲数,分别为雷诺数Re、韦伯数We、雅可比数Ja和无量纲温度ε,并给出了适用于沸腾换热和临界后失效状态的传热性能关联式,关联式结构简单,实验值与拟合值的相对误差均在±15%以内,满足航空工程设计计算要求。拟合过程中分析了各无量纲数对关联式精度的影响,得出在沸腾换热阶段,韦伯数We的影响不可忽略;雅可比数Ja较之无量纲温度ε更适合用来反映沸腾换热阶段流体和表面的温度变化;在过临界失效阶段主要影响传热性能的是韦伯数We。     

多孔材料微通道流动沸腾可视化实验研究

微通道换热器因其结构紧凑、换热能力高、工质消耗少等优点成为解决微小空间“散热难”问题的有效途径之一,采用多孔材料制作的微通道热沉能够极大地增加换热面体比,因而可以进一步提高其换热能力。本文利用可视化手段对槽道翅片顶部与盖板间留有狭缝、通道截面为矩形(400μm×600μm)的开放型多孔微通道的流动沸腾现象进行实验研究。研究发现,多孔材料表面及内部形成的大量连通孔穴使得通道中核化位点明显增多,观察到的流型除泡状流、弹状流、段塞流外,还有由于开放通道上方存在狭缝所导致的混合分层气泡流。汽化核心密度增加以及混合分层气泡流的出现增强了微通道内的核态沸腾、微对流和微液膜蒸发,从而增强微通道流动沸腾的换热能力并有效降低壁面过热度。     

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.     

自然循环加热段内摩擦阻力及对流传热的实验研究

以常压去离子水为工质,对自然循环工况下上升加热段内单相水的摩擦阻力及对流传热特性进行了实验研究.结果表明,自然循环工况下加热段内由浮升力引起的自由流动对摩擦阻力及对流传热特性有重要影响,自然循环与强制循环二种工况下加热段内的摩阻系数及对流换热系数存在明显差别;并且,自然循环工况下加热段内的摩擦阻力存在滞后现象.通过实验提出了计算自然循环工况下加热段内单相水的摩阻系数及对流换热系数的经验关系式.     

粗糙表面池沸腾的介观数值研究

用Gong-Cheng格子Boltzmann方法汽液相变模型数值研究了具有单个和多个微孔的粗糙表面上的池沸腾传热,通过数值模拟得到了含有多个微孔的粗糙加热面上从自然对流区直至膜态沸腾区的池沸腾曲线。模拟结果表明亲水微孔和疏水微孔中存在不同的汽泡成核和生长形态。存在一个临界微孔深度,使得汽泡脱离频率在该处跃升,从而提高沸腾传热量。在粗糙表面上,汽-液-固三相接触线处具有最低的局部温度和最高的局部热流密度。     

平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究

本文基于高速摄像仪设计搭建了平板热管气液两相流动与传热的可视化平台,开展平板热管受限空间内气液两相工质运行状态和相变传热行为的可视化观测。研究结果表明,平板热管存在突然启动和渐进式启动两种启动方式,在高充液率情况发生突然启动,而在低充液率情况下发生渐进式启动。在准稳定运行阶段,蒸发面先处于能量积累状态,随后热量伴随着核态沸腾快速释放到冷凝面,热管蒸发段和冷凝段壁面温度表现出周期性的温度脉动变化。在热量积累过程中平板热管蒸发段与冷凝端之间的传热性能弱,在核态过程中蒸发段与冷凝端之间的传热性能强。     

低喷淋密度超亲水表面水平管降液膜温度分布

水平管降液膜蒸发广泛应用在石油、化工、海水淡化等领域,对低喷淋密度温度演化规律的研究有助于拓宽其应用范围,理解其微观机理。本文在超亲水表面上结合红外热追踪技术,对水平管降液膜表面的温度演化规律进行了研究,分析了温度分区现象和温升规律。实验中首次发现了马鞍形液膜内部的高温环状结构,并结合三维数值模拟揭示了掺混作用导致的局部高温环状结构形成的内部机理。     

R134a/R245fa非共沸混合工质流动沸腾液膜蒸发特性研究

本文针对水平矩形通道内非共沸混合工质的流动沸腾分层流状态,同时考虑靠近其气液界面处气相与液相浓度边界层的存在,对液相浓度边界层的传质系数进行了修正,构建了对应的流动沸腾液膜蒸发模型,以R134a/R245fa混合工质为研究对象,探讨了不同入口组分质量、质量流速及热流密度等条件下液膜蒸发过程的热质传递规律,以气液相浓度边界层内的组分质量差作为气液相传质阻力的表征,界面温度和主流饱和温度之差为传热阻力的表征,深入分析了传热阻力、传质阻力与混合工质传热特性之间的内在联系.     

超疏水和超亲水表面对脉动热管性能的影响

本文实验研究了完全超疏水脉动热管和蒸发段为超亲水,冷凝段和绝热段为超疏水的组合表面脉动热管的性能。超疏水表面自由能较低、滞后角小、液滴在表面容易移动。实验发现,与紫铜脉动热管汽液界面呈凹界面不同,超疏水表面汽液界面呈凸界面。组合表面脉动热管汽液界面的长度显著大于完全超疏水脉动热管。与紫铜脉动热管相比,组合脉动热管液弹脉动的振幅增加,而完全超疏水脉动热管蒸发段出现部分烧干,液弹脉动的振幅显著下降。     

卧式低温液体贮罐电加热增压排放数值模拟

针对卧式液氧贮罐电加热排放过程,对其内部的物理场进行了数值模拟,分析了流体的流动对温度分层的影响以及温度分层现象的成因。研究结果表明,在电加热增压排放过程中,贮罐内部在竖直方向上存在明显的温度分层现象,大体上呈现出了平缓的递增趋势,但是由于加热壁面的扰动及冷热流体之间的换热影响,中间区域出现了比较大的梯度分布,导致了贮罐内部压力的上升。在浮升力的驱动下,贮罐内壁和加热壁面之间的液氧呈现出了近似于封闭腔内自然对流的流动状态,并且随着排放的进行,加热壁面和贮罐内壁之间的漩涡会进一步分裂成更小更复杂的漩涡,呈现出复杂的流动状态。     

堆积多孔介质中流动沸腾换热的实验研究

为了研究堆积多孔介质中流动沸腾换热特性,以横截面积为10 mm×10 mm、长100mm的铜管中充满直径为0.4～1.0 mm、孔隙率为0.31～0.37的钢珠的多孔介质为对象,对水在流过此多孔介质时沸腾换热现象进行了研究,获得了流速、热流密度、粒径和加热方位等对换热性能影响的规律:随着流速的增大,沸腾换热系数增大;随着热流密度增大,沸腾换热系数降低;随着热流密度的变化,小颗粒多孔介质的壁面过热度的变化量比大颗粒多孔介质要大得多;从下表面加热比从上表面加热的壁面过热度要低,约2～3 K,更有利于沸腾换热。     

超声作用下不同粗糙度表面沸腾换热实验研究

本文以水为工质,不同粗糙度平板作为加热壁面,对有无超声波作用下的过冷池沸腾换热特性进行了实验研究。结果表明:有超声波辐射时,自然对流及沸腾起始阶段强化作用较强,有效消除了光滑加热面上形成的壁温过冲现象;在高热流密度段超声波对沸腾传热影响很小,一定声强下光滑表面沸腾传热甚至出现了阻碍作用。     

水平矩形通道内流动沸腾换热特性实验研究

在常压条件下,对水平矩形通道内R113的流动沸腾换热过程进行了可视化实验研究.通过对加热平板上流动沸腾换热所形成的气泡形态的观测,发现随着热流密度的增大,流动沸腾的起沸点距离逐渐减小,并且减小的程度趋于平缓.随着热流密度的增大,气泡数量逐渐增多,且脱离速度也加快,气泡逐渐融合,直径逐渐变大.将本文的实验结果与文献中的对应结果进行对比,分析了流动沸腾换热中影响总体传热效果的主导因素由核态沸腾换热向强制对流换热转变。     

表面作用对分离式热管小螺旋管蒸发段两相流动与换热特性的影响

本文应用界面化学理论研究表面作用对分离式热管小螺旋管蒸发段管内流动和换热特性的影响。通过实验及分析,提出通过在一定范围内提高热管工作温度和添加润湿剂以降低水的表面张九提高管内壁的粗糙度以增强液膜的铺展性能。利用这两种方法可以有效地增强小螺旋管内壁面的润湿性能,从而提高管内换热性能．     

水平细长通道中的流动沸腾实验研究

本文主要研究了去离子水在截面为矩形(1 mm×2 mm)的水平长直细通道中的流动沸腾,实验中采用了可视化手段观察通道中的各种流型的演变。实验采用均匀加热和模拟逆流加热两种手段对通道进行加热,并对不同工况下两者的沿程局部换热系数进行了分析对比分析.两者的局部换热系数都逐渐增加,模拟逆流加热条件下的换热系数曲线增势较陡,干涸流的出现会导致换热系数降低.同时,实验中观察到了6种流型,并对流型的分布做了介绍。     

加热表面粗糙度对高热流密度沸腾传热影响的多尺度数值模拟

本文以沸腾固气液界面为研究对象,建立了包括孔穴活化、液膜蒸发、气泡生长与脱离、壁面热传导等子过程的耦合模型,以探究固气液界面传热对高热流密度沸腾过程的影响。为了能够分辨微米量级的孔穴,模型中10 mm×10 mm的沸腾表面被划分为诸多子区域,每一个子区域中孔穴大小和数量随机分布,当子区域的过热度大于孔穴活化的临界过热度时,一部分孔穴活化生成气泡。进一步结合大液膜蒸发模型获得沸腾传热热流密度,并将其作为边界条件分析加热器热传导特性,从而通过对不同过程的多尺度耦合模拟不同表面粗糙度条件下高热流密度区的核态沸腾曲线,并进一步分析了孔穴数量及分布对加热壁面温度的影响。结果表明:预测所得沸腾曲线与实验结果基本相符,加热表面孔穴数量的增加使沸腾曲线左移,同时,孔穴数目的增多还会使活化点密度对壁面温度波动更为敏感,从而产生交替出现的长短周期。     

高热负荷下粉末多孔表面沸腾传热的分析与实验

本文在前文工作的基础上,对高热负荷下粉末多孔表面上的沸腾传热提出了微型热虹吸管蒸发段模型,进行了气液两相流动与传热分析,并根据实验数据建立了半经验传热关联式。     

带有相变空间的平板环路热管蒸发段的可视化实验研究

以强化相变力驱动环路热管内工质流动为目的,研究了以水为工质的一种平板式环路热管的蒸发段部分。实验所设计的蒸发器其加热底面与吸液芯分隔开来而形成相变空间,为了更好的观察及研究工质的相变特性,将系统设置为开式系统,并且采用可视化装置进行研究。实验以在不同加热功率和相变空间高度条件下,进行了多组实验,来分析它们对系统的性能影响。通过实验现象及实验数据的分析,得出相变空间对系统产生的影响。结果表明:相变空间的存在,有效提高了热管的换热性能。