微通道内种子汽泡抑制沸腾不稳定性研究

两相流动不稳定性是在各种水力学直径通道内所遇到的复杂现象,这些不稳定性对热能系统可能造成有害影响。本文以丙酮为工质,在微通道入口处设置微汽泡发生器,采用脉冲电压激励产生可控微汽泡,以微汽泡为种子尝试对通道内沸腾不稳定性的控制。实验研究表明,低频种子汽泡热控能够减轻各参数的脉动幅度;高频种子汽泡热控能彻底抑制沸腾不稳定性。本研究结果为解决微通道内沸腾不稳定性提供了一种崭新有效的手段。     

窄通道过冷沸腾汽化核心密度及汽泡脱离频率的影响因素

本文以水为工质,研究了工况参数对竖直矩形窄缝流道内上升过冷流动沸腾的汽化核心密度和汽泡脱离频率的影响。研究发现,流道间隙越小则汽化核心密度越大,汽化核心密度和最小成核半径存在定量关系;热流密度增大、过冷度降低或压力升高都使汽泡脱离频率增大,热流密度增大时,压力对汽泡脱离频率的影响增大。     

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。     

环形小通道内过冷沸腾的气泡行为研究

本文对去离子水在竖直环形小通道内流动过冷沸腾时的气泡行为进行了可视化研究,观察到了气泡在流动沸腾过程中的生长,合并,脱离,滑移及气泡脱离壁面后的运动等现象,并结合气泡动力学理论模型及气泡滑移模型,对实验结果进行了对比分析,总结了本实验通道中气泡行为的特性。     

竖直环形通道内液氮自然循环沸腾可视化实验研究

采用基于高速摄像手段的可视化方法研究了竖直环形通道内的液氮自然循环沸腾过程,建立了汽泡脱离直径及汽泡脱离频率的实验关联式,以新建方程结合双流体模型进行了数值计算。与实验数据的对比表明,建立的实验关联式对于液氮自然循环沸腾过程中的汽泡脱离直径及汽泡脱离频率具有很好的预测精度。     

基于汽泡附壁接触直径的窄流道汽泡脱离预测模型

汽泡脱离是沸腾系统中非常重要的现象,对沸腾流动和传热都有重要的影响。汽泡脱离过程是非常复杂的,受到系统工况参数以及物性参数的综合影响;但汽泡在生长过程中的受力状况是决定汽泡发生脱离的根本因素。对于窄流道内的汽泡,由于受到流道壁面的限制,汽泡与加热壁面间将存在较大的接触面。本文基于汽泡生长过程中的附壁接触直径,详细分析作用在汽泡上的各个受力,并建立各个受力的计算关系式,从而得到汽泡脱离的预测模型。模型采用本研究小组在竖直窄流道内得到的实验数据进行了验证,预测结果与实验研究吻合很好。     

振动工况下过冷流动沸腾界面参数实验研究

过冷流动沸腾中局部时均界面参数对发展两流体模型十分重要,而振动工况下过冷流动沸腾的界面参数变化很少有文献报道。本研究采用四探头电导探针分别对静止工况和低频水平振动工况下环管内过冷流动沸腾的时均空泡份额、界面面积浓度和汽泡平均直径进行了测量,并且研究了不同流动工况对局部参数在径向位置处分布的影响。实验发现,低频水平振动对局部时均参数的影响比较有限,局部时均空泡份额和界面面积浓度略有下降,汽泡直径分布出现轻微波动。     

微通道过冷流动沸腾汽泡动力学行为研究

微通道相变冷却技术在高热流密度散热领域具有广泛的应用前景,本文通过FLUENT内的流体体积VOF模型来建立过冷流动沸腾下微通道内单汽泡生长模型,通过用户自定义函数UDF在汽液界面上添加质量源项和能量源项实现相变。研究结果表明,汽泡的上游接触角恒大于下游接触角,汽泡的大小随时间先呈幂函数增长,开始受限后则随时间线性增长。随着入口速度的降低、壁面过热度的提高与入口过冷度的降低,汽泡的生长速度均能加快,受限时间均可提前。     

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。     

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.     

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。     

开孔金属泡沫池内沸腾换热特性研究

常压下用去离子水作为工质,在沸腾池底部单独或两两叠加地放置3种PPI的泡沫金属进行池内沸腾实验研究;分析了不同过热度下的热流密度和不同热流密度下池沸腾的传热系数;对沸腾汽泡在单层或双层泡沫金属表面产生、融合和脱离进行了可视化的研究。实验发现:不同PPI泡沫金属的叠加方式,会影响沸腾传热面积和产生汽泡的核心数,以及汽泡脱离受热壁面的动态特性。本实验为多孔介质池沸腾传热特性研究提供了实验指导和基础数据。     

竖直矩形窄缝通道过冷流动沸腾的实验研究

本文以去离子水为实验工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷流动沸腾的气泡特性进行了实验研究。通过可视化实验分析发现,汽化核心密度主要受壁面过热度影响,气泡脱离直径受壁面过热度、主流过冷度以及质量流速影响。拟合了汽化核心密度和气泡脱离直径的经验关系式,预测结果与实验值误差较小。     

卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的实验研究

本文对卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾的起始点进行实验研究,根据壁面温度的变化规律判定过冷沸腾起始点。在热流密度逐渐增大的情况下,对过冷沸腾发生时相关参数的不同变化进行了研究,得到了过冷沸腾起始点上壁面过热度和热流密度随位置的变化规律。分析了入口参数对过冷沸腾起始点的热流密度的影响趋势。对实验数据进行回归分析,发展了适用于卧式螺旋管内过冷沸腾起始点热流密度的经验关联式。     

浮升力对管内水过冷流动沸腾传热特性的影响研究

基于已知的2087组水的过冷流动沸腾传热实验数据,通过努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系探讨了不同流动方向和加热方式下浮升力对过冷流动沸腾传热性能的影响。对上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,向上的浮升力阻碍了气泡向流体中的扩散,使得传热恶化。在增加流速、增大压力和减小过冷度的条件下,Nu均随Gr增加,使过冷流动沸腾传热得到强化。     

竖直矩形通道内液体流动

通过对沸腾气泡在液体中的受力分析,建立了沸腾气泡长大过程的动力学方程;进而获得了沸腾气泡的生长速率与脱离直径的计算方法.采用图象捕集与处理系统,对竖直矩形通道内液体流动沸腾气泡长大与脱离行为进行实验测定,结合模型求解,获得了气泡生长速率、气泡脱离直径、气泡与加热壁面的接触角等参数随操作条件的变化;由模型计算所得的气泡脱离直径与实测值较为符合.     

单柱微通道流动沸腾换热数值模拟研究

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。     

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.     

池式沸腾人工孔上汽泡脱离直径的研究

汽泡脱离直径是研究核状沸腾机理和估算沸腾给热系数的重要参数之一,其研究对深入探讨沸腾现象及沸腾强化具有一定意义.核状沸腾的汽泡脱离直径,前人已进行一些研究工作,提出了几种物理模型和计算方法,但都有一定的局限性.本文探讨池式沸腾中较大孔径的人工孔上的汽泡脱离直径及随孔径、壁面过热度和介质物性的变化规律。