液体过冷度对沸腾换热中汽泡合并及传热的影响

本文对三种过冷度下,微尺度加热片阵列上的沸腾换热现象做了实验研究,实验采用两组核化点,每个核化点包含12个大小约为0.1 mm×0.1 mm的微型加热片。利用高速摄像技术从汽泡的底部对汽泡生长及合并现象进行观测,并用高速数据采集系统同步记录不同加热片热流密度.实验探究了不同过冷度下的汽泡合并现象,以及对应的汽泡直径变化规律、汽泡脱离频率和热流密度曲线。文章分析了不同的合并现象并探究了过冷度对沸腾传热的影响。     

核态沸腾中汽泡动力学及传热机理分析

汽泡的传热及生长特性研究对于揭示核态沸腾的机理具有重要作用。本文介绍了利用高速摄像技术对核态沸腾中汽泡生长及运动现象进行实验观测,并用高速数据采集系统记录汽泡一个生长周期不同阶段的热流密度的方法。在不同的过冷度及壁面温度条件下,观测了汽泡的生长、周期性滑移、颈化和脱离现象。计算并绘制出不同条件下一个汽泡生长周期内的热流密度曲线,与汽泡图片相对应,分析并讨论了造成这些现象的机理。     

过冷池沸腾落塔短时微重力实验研究

本文研制了一套控温池沸腾实验设备,利用中国科学院国家微重力实验室落塔开展了短时微重力环境下的过冷池沸腾传热实验研究.加热元件为长30 mm、直径60 μm的铂丝.实验工质为O.1 MPa压力下过冷度为24℃的R113.在地面常重力和落塔短时微重力实验中,观测到核态沸腾和双模态过渡沸腾现象.对核态沸腾,微重力传热效果稍有增强而汽泡形态却呈现出剧烈变化.对双模态过渡沸腾,微重力下膜态沸腾部分有明显收缩,但热流密度值仍比常重力时减小20%.     

微重力池沸腾实验研究

本文利用我国第22颗返回式卫星开展了微重力条件下过冷池沸腾传热实验研究.实验中采用桥式自反馈电路控制加热面温度,加热元件为长30 mm、直径60 μm的铂丝,实验工质为0.1 MPa压力下过冷度为26℃的R113.实验发现,沸腾起始温度不受重力水平影响,而微重力核态沸腾传热略有增强,汽泡脱落行为也有着不同的特征.     

微重力池沸腾现象中的汽泡行为特性

本文对准稳态加热条件下的微重力核态池沸腾中的汽泡行为特征进行了实验研究,分析了初始核化过程、汽泡数密度、汽泡尺寸及其运动速度等的变化趋势,探讨了过冷度及加热历史等因素对相关特性的影响.实验发现:微重力条件下汽泡生成后沿加热面不停地移动;原生汽泡会聚合形成大汽泡,大汽泡不断捕掠小汽泡而长大,直到大汽泡覆盖整个加热面;汽泡生长速度随过冷度增加而变慢.     

微重力准稳态池沸腾中的气泡动力学研究

本文实验研究了微重力条件下的准稳态核态池沸腾现象中的气泡动力学特征及其对传热特性的影响,发现在低过冷度沸腾中,聚合汽泡表面的强烈振荡促进了整个加热面上的核化过程与核态沸腾传热;而高过冷沸腾中,聚合气泡在表面张力作用下呈球状,难以覆盖整个加热表面,导致核态沸腾向膜态沸腾的过度过程表现为"核态沸腾+局部的干斑扩展"现象,相应的传热曲线没有明显转折.微重力条件下池沸腾临界热流随过冷度和压力的增加而升高,与地面结果定性相符.     

微重力池沸腾现象中的汽泡脱落直径

本文报道了空间微重力池沸腾过程中的汽泡脱落现象,观测到微重力条件下小汽泡行为与常重力时相似,但在中等尺寸范围内,汽泡往往粘附在加热丝上做横向振动,并不断合并所碰到的小汽泡,直到超过临界尺寸后脱落.本文在Lee模型(1992)的基础上引入热毛细作用力,成功地解释了实验观测到的独特的汽泡动力学行为特征.     

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.     

电场作用下矩形肋表面汽泡运动规律研究

通过电场加强热交换的方法属于有源强化方法,而改变加热面结构属于无源强化方法。以往研究者的研究侧重于光滑表面、加热管或加热线表面。在光滑表面增加肋结构,可以产生所谓的"场陷效应",处于不同位置的汽泡所受电场力的大小和方向均不相同,因此电场强化沸腾换热原理也与光滑表面的情况不同。本文将有源技术与无源技术相结合,首先通过实验方法研究了电场作用下处于肋底部和肋上部的汽泡的运动规律,然后通过数值计算方法从汽泡受力角度分析处于不同肋高位置时汽泡的受力情况,进而得出汽泡运动规律,理论计算结果与实验观察到的现象能够很好地吻合,此研究对深入理解电场强化换热技术有重要的意义。     

细铂丝表面池沸腾临界热流尺度效应研究

本文实验研究了地面重力环境中过冷度和加热铂丝直径对FC-72和丙酮池沸腾传热临界热流现象的影响。实验结果表明,临界热流具有明显的尺度效应,其特征随Bond数范围的不同而不同,但具体的分区准则依赖于工质的物性。在中等和大的Bond数区域,过冷度对临界热流的影响与铂丝直径无关;而在小Bond数区域,过冷度效应与尺度明显相关。     

狭窄加热表面上核态沸腾中汽泡合并特性的实验研究

狭窄表面的沸腾可以减少沸腾汽泡在观测方向上的干扰,有利于更清晰地研究汽泡生长和合并特性。为探究沸腾过程中汽泡的合并,本文基于常规机械加工的狭窄加热表面,通过高速摄像机完整记录了加热表面上汽泡的生长,合并和脱离过程,并分析了汽化核心间距,汽泡脱离直径对汽泡合并的影响。通过对近壁面处沸腾动态图像的观察,观测到了汽泡合并的不同特性。当沸腾过程中热流密度较低时,近壁面处只发生汽泡水平和倾斜合并,并常常同时存在。而竖直方向上的汽泡合并仅发生在热流密度相对较高时,且常伴随着水平和倾斜方向的合并。相邻汽泡间的合并现象常通过汽泡中心距与合并汽泡脱离直径间的关系来衡量。本实验结果表明,相邻汽化核心上的汽泡发生合并时,汽泡中心距与汽泡脱离直径满足S/D1.5。同时,相较于粗糙表面,光滑表面的S/D变化范围较小,且平均值有减小趋势。这一结果有助于进一步研究表面结构对汽泡合并的影响。     

过冷沸腾中的局域气泡和射流的动态行为

本文以10 mm直径加热钢管为研究对象,通过大量可视化的实验研究,对核态过冷沸腾中的气泡动力学行为以及射流现象进行了描述和分析。在实验中我们观察到泡顶射流和核态射流的竞争,双射流,“液洞”现象等一些特殊的沸腾现象。射流的泵吸作用、汽泡表面相变换热、Marangoni效应等是导致射流和气泡结构演化的根本原因。     

微重力下汽泡底部微层的对流和蒸发

本文数值研究了微重力下沸腾时汽泡底部微层区的多维传热及流动，不仅考虑由温度梯度引起的汽泡表面张力梯度而诱发的Marangoni流动，而且考虑汽泡表面的凝结和蒸发．微层厚度自0．01μm到10μm的计算结果表明，微层中流动很小，温度分布与纯导热几乎相同．在界面传热小于理想传热的情况下，Marangoni对流对传热增加几个百分比，微层中的流动与薄平界面的滑移近似相吻合．     

含内热源球床通道内过冷流动沸腾汽泡行为特性研究

为加深对含内热源球床通道内流动过冷沸腾换热机理的研究,采用高速摄像仪对通道内流动过冷沸腾时的汽泡行为进行了可视化实验研究。结果表明:汽泡在通道内很容易受到球体的阻碍而附着于球面上,受到阻碍的汽泡将沿球面进行滑移运动;汽泡存在大量的"重生现象",即生成的汽泡在生存阶段可能出现多次生长的情况;在球与球接触的角区,会产生稳定的汽化核心点。角区的结构形式对汽泡的脱离直径及脱离频率产生较大的影响。     

微纳复合结构表面汽泡动力学行为可视化研究

本文利用高速摄像运动分析技术对竖直放置的微纳复合结构表面热沉中的汽泡动力学行为进行了可视化实验研究。本文对微纳复合结构热沉表面的汽泡生长过程进行了描述;得到了纳米涂层的厚度变化对汽泡生长当量直径和生命周期的影响的实验结果。实验结果表明:随着微纳复合结构表面的纳米层厚度增加,汽泡生命周期缩短,汽泡的三个生长阶段之间的界限逐渐不明显,汽泡破裂时的汽泡当量直径减小。     

3ω法研究微尺度下铂丝自然对流换热

建立了测量微细丝表面空气自然对流换热系数3ω法模型。利用3ω法测量了直径为10.6μm水平和垂直方向铂丝表面室温下的空气换热系数。水平和垂直铂丝产生的三次谐波比较接近,结果说明,微尺度下空气的自然对流换热以导热为主,自然对流作用可以忽略。基于3ω线法原理,引入形状因子并提出了微尺度下铂丝表面换热系数的理论计算模型。空气自然对流换热系数远大于大尺度下的值,主要原因是铂丝的面积体积比值大。     

加热铂丝上运动汽泡产生的射流

目前很多水的核态沸腾都观察到了汽泡顶部射流的现象。本文分析了沿细丝运动的汽泡顶部产生射流的物理机理,并通过对汽泡和加热细丝周围温度场和速度场的数值求解来进行分析。结果显示:由汽泡前后表面的温度梯度引起的热射流很可能是流动的最主要原因。热射流能够推动汽泡前进。对比和试验的观测指出,不凝气体或者其他可能的机理将限制汽泡界面处的凝结换热,从而增大表面温度梯度,增强热射流。     

自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的实验研究

本文报告了使用R-12作工质进行的自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的实验结果。实验过程中使用可视化方法观察确定过冷沸腾净蒸汽产生点。在相当宽广的工质压力、入口过冷度及加热功率范围内研究了上述参数对过冷沸腾净蒸汽产生点的影响。实验结果证实,对自然循环流动,汽泡所受的浮升力对净蒸汽产生点的汽泡的脱离有重要影响。据此,本文提出了使用同时考虑浮升力作用的修正的Levy模型计算自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的计算方法。     

微通道局部加热气泡动力学实验研究

实验研究了在水平放置的低高宽比聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微槽道(300μm×60μm)内的局部位置给予恒定热流密度条件下气泡的核化沸腾、生长和运动情况,实验中的工质采用FC-72,并用真空泵抽至室温下的饱和气压。研究发现微通道内起始沸腾需要比常规槽道更大的壁面过热度,液体流量和加热速率对气泡的生长和运动有很大的影响。     

微钢管内部强迫对流换热的实验研究

本文对以蒸馏水为工质,流过内径和外径分别为168μm、406μm和399μm、798μm的电加热不锈钢管时的换热进行了实验研究。通过对微钢管直接通电进行加热,并采用红外成像仪及专用放大镜头的非接触式方法,获得了各种恒定加热功率及不同雷诺数下的微钢管壁面的温度场分布,进而得到较为精确的壁面平均温度。由此计算了在层流态下的换热系数Nu数。实验结果表明,在层流下,内径为168μm及399μm的微钢管内部的Nu数分别比经典的Hansen准则式所得到的Nu数高出很多。