矩形微槽道纳米流体饱和沸腾临界热流密度特性

针对纳米流体在微小尺度传热领域的应用,在常压下对微槽道中纳米流体的流动沸腾临界热流密度进行实验研究。分别以体积浓度为0.2%、0.5%的水基Al2O3纳米流体为工质进行试验,研究不同质量流速、槽道尺寸以及体积浓度等因素对沸腾CHF的影响。对比水为工质实验结果,表明:槽道尺寸、质量流速对于水-Al2O3纳米流体和纯水的CHF影响一致。其它参数一定的工况下,纳米流体CHF比纯水大,且随着纳米流体体积浓度增大,出口壁面过热度会增大。最后介绍一个微槽道沸腾CHF的预测模型,在评价其不足的基础上提出一个关于CHF的预测公式,与实验数据进行对比,验证该公式的适用性。     

矩形微槽道相变流阻的实验研究

以去离子水为工质,对高为2mm,宽分别为0.3mm、0.6mm、2mm的矩形微槽中的两相传热特性与流动阻力特性进行了实验与理论研究。实验结果表明,三种微槽的饱和沸腾传热系数随着热流密度的增加而增加,并对三种微槽传热系数随热流密度关系的实验数据进行了拟合,得出了实验条件下的传热系数与热流密度的关联式及相同热流密度或者质量流速下槽道尺寸对传热系数的影响;此外,矩形微槽道压降△p随着尺寸的减小而增大。     

矩形微槽道饱和沸腾临界热流密度特性

对矩形微槽中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。研究CHF随质量流速、进口过冷度和出口干度的增加而出现的变化趋势,以及槽道尺寸对CHF的影响。搭建试验平台,在不同槽道当量直径、较大范围的质量流速和不同进口过冷度条件下,获得以去离子水为工质两相沸腾传热的实验数据。由于常规尺寸槽道CHF预测关联式并不具有普遍性,所以提出了一个适用于微槽道饱和沸腾CHF的预测模型。并通过与该文以及参考文献中实验数据进行对比,验证了该模型的适用性。     

矩形微槽道内R134a流动沸腾换热特性的实验研究

本文主要研究了制冷剂R134a.在水平矩形(截面为1 mm×1 mm)微槽道内的流动沸腾换热特性。通过可视化手段观察到流动沸腾过程中的流型变化。同时得到了质量流速在60~1100 kg/(m~2s)、热流密度在33~120 kW/m~2时的流动沸腾换热系数,并对R134a的沸腾曲线作了讨论。通过可视化结果,发现了从泡状流到干涸流的7种流型。换热系数随着热流密度的增加而增加,干涸流的出现会导致换热系数迅速减小。核态沸腾传热在受限气泡到弹状流阶段得到增强。在搅混-环状流到环状流阶段,R134a的传热系数稳定在一个较高的值。此外,质量流速越大,CHF值越高。     

高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0～15.0MPa;质量流速2500～4000kg/m2s;壁面热流密度200～1000kW/m2;实验段为Φ14的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析.     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。     

微槽道纳米流体饱和沸腾CHF特性研究

以水和三种不同质量分数(0.2%、0.5%和1.0%)的Al2O3纳米流体作为实验工质,在三种不同尺寸微槽道中进行饱和沸腾传热实验,研究沸腾传热过程中临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)的变化特性。主要分析了微通道水力半径、纳米流体浓度、进口过冷度和临界热力学干度等因素对CHF的影响。实验结果发现:在水力半径较小的槽道内CHF发生得比较早;CHF随纳米流体浓度的增大而增大;CHF随进口过冷度增大有细微增大的趋势;CHF随临界热力学干度的增大而减小。文中还将实验结果与现有的、工况条件与本实验相近的理论模型进行了拟合比较,发现理论模型能较好预测本实验。     

开式并联微通道中流动沸腾换热的实验研究

针对常规闭式并联微通道内流动沸腾换热存在气泡生长受限产生的堵塞效应以及不同通道内气泡核化生长不同步导致的并联通道传热不稳定性等问题,设计了一种顶部联通型开式并联微通道蒸发器。采用无水乙醇为工质,在入口过冷度为15℃、质量流速为175 kg·m~(-2)·s~(-1)及热流密度270～761 kW·m~(-2)条件下,开展了该新型微通道冷却器中流动沸腾换热的实验研究,发现了传热系数随干度的增加呈现三类典型趋势,即传热系数单调上升、传热系数先上升后下降再上升、传热系数先上升再保持基本不变;结合高速可视化流型研究,发现了与流型密切关联的三类传热机理,即:1)以气泡核化为主的核态沸腾换热;2)上游核态沸腾为主,下游两相强制对流换热主导;3)偏离核态沸腾后的膜态沸腾换热。分析表明,沸腾数Bo是主导三类传热模式的主要无量纲数。     

微细通道纳米与非纳米流体传热和压降对比研究

分别以0.2%、0.5%、1%质量分数的Al2O3-H2O纳米流体和去离子水为实验工质,在高2mm,宽1mm的矩形微细通道内进行纳米流体与非纳米流体两相沸腾传热和压降对比研究。实验结果表明:增加质量通量对两种工质换热系数影响都较小,但增加热流密度可提高换热系数;在相同工况下,与水基液相比,采用Al2O3-H2O纳米流体换热系数明显增大,且随着纳米流体质量分数的增加而增加,对于该实验换热系数可提高8%～17%;随着纳米颗粒质量分数和质量通量的增加,两相摩擦压降显著增大。     

R32/R134a在微通道内流动沸腾特性

研究非共沸混合工质R32/R134a(质量比,25%/75%)在水平微尺度通道内流动沸腾换热规律。在各种工况下进行了非共沸混合工质R32/R134a在水平微尺度管道内流动沸腾换热的实验,考察了质量流量G、热流密度q、质量干度x对微尺度通道内流动沸腾换热系数的影响。研究表明:在热流密度、质量流量都较低的区域,对细管道,换热系数与热流密度的关联度较大;而对微管道,换热系数受影响的因素比较多,并在干度为0.6时出现"干涸"现象,使得换热系数急剧下降。在质量流量高的区域,对细管道,热流密度对换热系数的影响很小;而对微尺度管道,当干度为0.06时换热系数发生转变,随质量干度的增加先减小后增大,热流密度增大到一定的阶段后,换热系数不再随热流密度变化。     

Comparative Study on Heat Transfer Enhancement of Low Volume Concentration of Al2o3–Water and Carbon Nano-Tube–Water Nano-Fluids in Transition Regime Using Helical Screw Tape Inserts

This study reports the comparison of heat transfer and friction factor characteristics of helical screw inserts in Al₂O₃–water and carbon nano-tube–water nano-fluids through a straight pipe in transition regime with constant heat flux boundary condition. Experiments were carried out by using 0.15% volume concentration of Al₂O₃–water and carbon nano-tube–water nano-fluid with helical tape inserts of twist ratio, TR = 1.5, 2.5, and 3. The thermal performance of helical screw tape inserts with the carbon nano-tube–water nano-fluid is found -to be higher when compared to the Al₂O₃–water nano-fluid. In addition, the maximum enhancement in heat transfer was obtained for the carbon nano-tube–water nano-fluid with helical tape inserts of twist ratio 1.5. The increase in pressure drop of the Al₂O₃–water nano-fluid with helical screw tape inserts is found to be higher compared to the carbon nano-tube–water nano-fluid helical screw tape inserts at lower value of twist ratio.     

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

细圆管内纳米颗粒悬浮液强化对流换热的探讨

实验研究了细圆管内去离子水和氧化铜纳米颗粒悬浮液的对流换热特性。根据实验数据,得到纳米颗粒悬浮液相对于去离子水的对流换热强化特性。结果表明,氧化铜纳米颗粒的加入强化了去离子水的换热性能,其强化程度随Re的变化因管径而异,并且与流态有关。     

Utilization of blast furnace slag nano-fluids in two-phase closed thermos-syphon heat pipes for enhancing heat transfer

This article deals with utilization of blast furnace slag nano-fluids in two-phase closed thermo-syphon heat pipes for enhancing heat transfer at various states of operation. The utilization of nano-fluids obtained from X₂O₃-, XO-, XO₂-, and X₂O-type oxides, such as Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, SiO₂, MgO, MnO, K₂O, and Na₂O, on the improvement of heat pipe performance has been separately reported in a number of studies in the literature. The present study experimentally demonstrated the effect of using a nano-fluid obtained from blast furnace slag comprised of various types of metal oxides in varying ratios on improving the performance of a heat pipe. The slag was obtained from the iron blast furnace of Karabük Iron Steel Workings (Turkey). Triton X-100 (Dow Chemical Company) dispersant was used in the study to produce the blast furnace slag/water nano-fluid via direct-synthesis. The 2 wt% concentration of blast furnace slag/water nano-fluid was used as the working fluid in heat pipes. A straight copper tube with an inner diameter of 13 mm, outer diameter of 15 mm, and length of 1 m was used as the heat pipe in the present experimental study. The nano-fluid filled 33.3% (44.2 ml) of the volume of the two-phase closed thermo-syphon. Three heating power levels (200, 300, and 400 W) were used in the experiments with three different flow rates of cooling water (5, 7.5, and 10 g/s) used in the condenser for cooling the system. An increase of 22% was achieved in thermal performance of the two-phase closed thermo-syphon when 2 wt% blast furnace slag containing nano-fluid was used to replace pure water at a heat load of 200 W with a cooling water flow rate of 5 g/s.     

泡沫铜填充曲折槽道散热器内对流换热研究

设计了高孔隙率泡沫金属铜填充的曲折槽道散热器,采用去离子水为工作介质,实验研究了单相对流换热时散热器的压降、散热量、热阻等特性.结果表明,流体流过槽道时压降和流速成二次多项式关系;随着受热表面温度升高,散热量变大,热阻减小并趋于定值.相同雷诺数时,Nu数随着表面温度的升高而增大;综合评价散热器的性能发现,该换热器在相同压降时热阻要低于微槽道散热器和平板多孔介质散热器.     

纳米流体脉动热管的流动与传热性能研究

建立了纳米流体脉动热管的分析模型,将相变传热项合理引入了汽塞能量微分方程;液塞动量方程中考虑了剪切力的影响;纳米流体的物性采用了当量处理方法.采用数值迭代方法进行了求解,得到了汽塞压力、温度、质量的变化波形,分析了波形的频率,进而解释了初始条件、重力等对脉动热管的流动与传热影响的机理.     

矩形微槽道纳米流体沸腾传热压降特性研究

为研究纳米流体微尺度沸腾传热流阻及压降特性,文中以体积浓度为0.2%的水基Al2O3纳米流体为试验工质,在尺寸为0.6mm×2mm矩形微槽道中进行沸腾传热实验,建立实验模型,分析纳米流体沸腾传热两相摩擦乘子的影响因素及进出口压降组成,并将本实验的两相摩擦压降值与现有理论模型及参数修正后理论模型预测值进行比较。结果显示,在本实验给定的条件下,实验段两相流压降中88.6%为两相摩擦压降。与L-M模型相比,M-H修正模型和Z-M修正模型都能较好地预测实验结果。其中经M-H修正模型能更好地预测本实验的实验值,使得平均误差减小为21.2%,大大降低了原L-M模型的误差。