微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

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.     

毛细管内薄液膜轮廓和传热特性研究

本文认为毛细管的相变传热机理为液膜的导热和表面蒸发;表面蒸发受蒸汽温度、汽液界面的温度以及汽液压力差的共同控制。汽液流动机理为流动受脱离压力梯度、毛细力梯度支配。汽液相互作用机理为存在由于蒸发导致的动量转移切应力和由于汽液流速不同产生的摩擦切应力。提出的物理模型中较为全面地考虑了毛细管内传热、汽液流动及其相互作用。对毛细管半径和传热功率对薄液膜轮廓和传热特性影响程度的计算结果表明,随着毛细管半径的减小、传热功率的增大,蒸发界面区的长度会有所减小,这是针对微小空间得出的不同于常规情况的结论。     

热风干燥过程固壁水膜蒸发特性分析

本文对热风干燥过程固体壁面上水膜蒸发过程进行了研究,视干燥过程为传热传质耦合传递过程。结合分离变量法得到了特定边界条件下水膜内部的温度分布解析解,并以此研究了水膜厚度、水膜表面对流换热系数等因素对水膜蒸发特性的影响。结果表明水膜越厚,水膜内温度分布非线性越显著,水膜表面达到湿球温度所需时间越长。随着蒸发过程的进行,水膜内导热热流逐渐减小,水膜表面蒸发潜热逐渐增加,最终完全等于对流换热热流。     

流动不稳定性对沸腾临界触发机制的实验研究

本文以D_(in)=2.15 mm的带旁通小流道为对象,分别在不同液相质量流速以及不同入口水温条件下开展沸腾临界实验,结合汽泡动力学行为以及两相界面形态特征,探讨流动不稳定性对沸腾临界的触发机制。在本文工况范围内,在流动状态由稳定阶段转变为不稳定阶段后,进一步增大热流密度会触发沸腾临界,且所有沸腾临界均属于DO型沸腾临界。当液相质量流速较高时,环状流近壁液膜主要在汽芯强烈的扰动作用下迅速破裂;当入口水温较低时,近壁液膜主要由于强烈的蒸发现象迅速破裂;因此沸腾临界与流动不稳定性几乎同步被触发。本文分别通过引入受限系数(N_(conf))、过冷数(N_(sub))、以及Weber数(We)来反映壁面的限制作用、入口过冷度、以及惯性力与表面张力对沸腾临界的影响,建立了适用于D_(in)=2.15 mm带旁通小流道的CHF模型。     

单环路平板脉动热管定向循环的数值研究

根据脉动热管薄液膜蒸发和凝结相变换热的特点,对基于体积分数法的VOF相变进行了改进,建立了单环路板式脉动热管的三维流固耦合仿真模型,对高充液率下的定向循环工作特性和传热性能进行了数值研究。结果表明:仿真得到的泡状流,柱塞流以及环状流的分布以及转换规律和可视化实验结果较好吻合;在一定的充液率下,随着热负荷的增加,热阻先减小,然后上升,充液率越低,热阻越小,和实验结果的热阻误差在10%以内。分析发现,除了相变换热系数,脉动热管的热阻还和系统压力密切有关,高充液率、高功率下,内部压力(相变温度)上升过快,是其热阻升高的主要原因之一。     

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。     

毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究

本文利用高速摄影仪对具有矩形毛细微槽群结构的加热表面进行喷雾冷却的传热特性进行了可视化实验研究.研究结果表明;喷雾冷却与毛细微槽结构相结合可实现高效率的相变换热过程;随着壁面温度的增加,槽表面经历了槽面完全被水浸没区、薄液膜区、部分干涸区和完全干涸区四个不同阶段;低温区主要是界面蒸发传热方式,高温区主要是沸腾换热方式.     

平行流热管换热器传热传质特性的数值模拟研究

建筑排风冷能回收是降低建筑能耗的重要手段。本文基于Fluent提供的VOF模型,编写蒸发冷凝相变的UDF程序,对用于建筑排风冷量回收的平行流热管内部的蒸发和冷凝特性进行了数值模拟,计算结果揭示了平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程。结果表明:蒸发主要发生在液池内部,冷凝主要发生在冷凝段和绝热段的近壁面部位;相变传质过程是保证热管高效换热的关键因素。本文结果为设计平行流热管换热器提供理论依据。     

非能动安全壳降膜流动与蒸发过程数值模拟

核电安全日益受到关注,非能动系统具有很高的安全性。本文基于PCCS(Passive Containment Cooling System-PCCS)实际结构,在FLUENT平台,选用VOF多相流湍流模型及蒸发模块对降膜流动与蒸发冷却过程进行数值模拟。数值结果表明:1)伴随水膜向下发展,蒸汽逐渐产生,热量随逆流空气移出安全壳;2)随着液膜蒸发冷却过程的推进,温度逐渐降低,后期冷却主要依靠对流换热,蒸发冷却能力逐渐削弱;3)液膜入口流量对水膜厚度影响较大,水膜随流量增大而增厚。     

高温壁面上静止液滴的Leidenfrost温度模型研究

本文以高温壁面上的静止液滴为研究对象,对其蒸发特性开展了理论研究。不同计算工况下得到的液滴蒸发过程中半径和蒸汽膜厚度变化与实验值吻合良好。结果表明随着壁面温度的降低,蒸汽膜厚度逐渐减小。结合表面粗糙度的影响,研究中提出了Leidenfrost温度的触发机制:当蒸汽膜厚度足够小时,会极易被加热表面的不平整突起贯穿,蒸汽膜的稳定性遭到破坏,从而导致液滴-壁面的直接接触,最终结束膜态沸腾状态。利用此模型预测的Leidenfrost温度与实验值吻合良好,并从理论角度解释了环境压力对Leidenfrost温度的影响机制。     

水平微肋管内基于气液环状流流型的沸腾传热理论模型

本文提出了基于气液环状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,假设环状流液膜是由基底液膜和叠加扰动波液膜单元组成,将无量纲准则数Fr0=G/[gdeρv(ρl-ρv)]0.5作为汽液两相流环状流理论模型的判据建立的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,在Fr0＞4.0时,提出的环状流预测值理论值或者和预测值符合得较好,或者大幅度改善了原有分层流模型的预测效果,充分说明了提出的环状流理论模型的合理性.     

小热管强化传热的研究

对五种内径相近的小热管在不同工怍温度(Tv)、热流密度(qe)及倾角(θ)下的传热性能进行了实验研究。五 种热管带有不同吸液芯结构:微肋、丝网芯、加网芯微肋、金属粉末烧结芯及光滑表面。获得了各热管的蒸发换热系数和 冷凝换热系数随(Tv)、(qe)及(θ)等的变化规律,讨论了吸液芯结构等对热管蒸发及冷凝换热系数的影响。     

充液率对小型重力热管传热特性影响实验研究

开展了矩形槽道铝-乙醇小型重力热管的传热特性的实验研究,分析讨论了充液率对壁面温度分布、气液两相分布、热阻等热管传热性能的影响。研究表明,充液率对高热负荷工况的两相流动状态和传热特性有显著影响。两相脉动是高热负荷工况小型重力热管特有的两相流动现象.低充液率时,液塞易被气流冲破形成环状流,壁面温度几乎无波动。中等充液率时,在蒸汽和液塞的交替冲刷作用下,热管各段壁面温度均表现出脉动特性。高充液率时,液塞脉动速度的减小削弱了液塞对壁面的冲刷作用,壁面温度未出现明显波动.并且,中等充液率工况下气液两相的快速脉动增强了热管的传热性能,使得均温性和传热极限均优于低充液率和高充液率的情况.     

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．     

波纹竖壁上低雷诺数饱和蒸发液膜流动的研究

对饱和蒸发状态下的低雷诺数的液膜在小波幅正弦型波纹壁面上的自由降落进行了理论分析.通过无量纲化、引入流函数、采用摄动展开对数学模型进行处理,得到了这种情况下液膜流动的分析模型,计入了饱和蒸发压力的影响,得到了近似分析解.讨论了壁面波纹的波幅、波数、液膜表面张力和蒸发压力对液膜波动的影响.     

气液固三相流载气蒸发的抗垢性能

分析了化工设备换热面上碳酸钙碱性污垢生成及其影响因素,认为液体在加热壁面上的过热是导致碳酸钙碱性污垢沉积的重要原因,降低料液在加热壁面上的过热度可收到明显的防垢抗垢效果。在蒸发器加热管内引入少量的惰性气体(载气)与流态化固体颗粒,使之形成气液固三相流载气蒸发,可显著强化传热,降低料液在加热壁面上的过热度。以碳酸钙模拟工业硬水的实验结果表明,气液固三相流载气蒸发过程表现出明显的防垢抗垢效果,且具有一定的在线清洗作用。     

微通道中凝结换热的流型及多通道效应

本文在空气自然冷却条件下,对MEMS硅基并联微通道中蒸汽凝结换热的流型和多通道效应进行了可视化研究,发现在低入口饱和蒸汽压下,通道入口为准静止状态的汽弹、汽弹前端周期性脱离汽泡、通道下游为泡状流;在高入口饱和蒸汽压下,通道内为环状流.汽泡脱离存在单汽丝断裂、双汽丝同步断裂以及双汽丝非同步断裂三种不同模式.汽液界面上表面张力不均匀引起Marangoni对流,使得两侧通道中的汽泡一旦形成,便被推向通道的高温侧.     

倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的动力学特性

针对倾斜随机粗糙壁面上含不溶性活性剂溶液的流动过程, 采用润滑理论建立了液膜厚度和浓度的时空演化模型, 通过PDECOL程序数值求解得到了液膜流/液滴铺展的动力学特性及壁面结构参数的影响. 研究表明: 在重力分量和Marangoni效应共同作用下, 液膜流/液滴铺展速度加快, 液膜边缘和液滴中心出现毛细隆起, 液膜/液滴底部出现凹陷, 同时受粗糙壁面影响, 液膜表面变形更显著. 增加壁面倾角θ具有使重力分量和Marangoni效应增强, 导致隆起和凹陷程度均有所增加的作用. 增大壁面高度D可使液膜流/液滴铺展速度加快, 表面变形放大. 而壁面波数k₀则使液膜流/液滴铺展过程减缓, 抑制隆起和凹陷产生. 与液膜流相比, D和k₀对液滴铺展速度的影响相对较小. 关键词： 随机粗糙壁面 液膜 Marangoni效应 倾斜流动     

升膜式板式换热器的换热性能研究

升膜蒸发是在换热器表面形成一层薄液膜,薄膜蒸发能够强化换热。文中研究采用光滑铜板的板式升膜蒸发器,以去离子水作为介质,在不同进水流量、不同加热量(热流密度)下,测定换热器某些点的局部换热系数,计算出总的换热系数,研究影响板式换热器升膜蒸发的因素和变化趋势。