超亲水多孔表面制备及其池沸腾换热研究

采用电沉积法制备了纳米级树枝状结构与微米级孔穴结构复合的多孔表面,分析了电镀时间对多孔表面结构的影响,制备的多孔表面孔隙率最高可达94.4%,且具有超亲水特性。建立了多孔表面的去离子水池沸腾换热实验系统,对比研究了多孔表面与平表面的池沸腾换热性能,结果表明,多孔表面的临界热流密度239 W/cm~2,最高对流换热系数5.9W/(cm~2K),分别比平表面提高了100%和120%。     

R32在水平细管内的流动沸腾实验研究

本文对R32在水平管内的流动沸腾进行了实验研究。实验测试段为内径2 mm的水平光滑不锈钢管,实验的蒸发温度为15℃,流量密度为100 kg/(m~2·s),热流密度为6～24 kW/m~2。通过试验获得R32的流动沸腾换热系数,同时与R134a和HFO1234yf进行比较。结果发现R32的传热系数是HFO1234yf换热系数的1～2倍。同时利用现有的公式对R32和HFO1234yf的换热系数进行了预测,发现这些公式还存在欠缺,需要进一步的改进。     

放射状槽道与毛细芯复合表面池沸腾换热研究

本文将“米”字形放射状槽道强化面积大、气泡脱离阻力小与毛细芯成核位点多等优点相结合，设计加工出一系列铜基放射状槽道与烧结毛细芯耦合散热表面，在10 K、20 K和30 K三个不同过冷度下进行了HFE-7100池沸腾换热实验，得到不同表面在不同过冷度条件下的沸腾换热性能。结果表明，槽深对换热影响较大，耦合毛细芯的铜基散热结构可以进一步提高临界热流密度和换热系数。最大临界热流密度和换热系数分别可达130.1 W/cm²和0.94 W/(cm²·K)，并对实验过程中的气泡动力学行为进行了分析。     

微米线结构表面的过冷流动沸腾实验研究

以去离子水为工质,配合高速摄像观测,研究了截面为0.5 mm×5 mm的微细窄矩形通道内氧化锌微米线结构表面的竖直流动过冷沸腾。流量范围200~400 kg·m^-2·s^-1,过冷度为10 K,热流密度最高为200 kW·m^-2。分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均换热系数、局部换热系数和流型特征。     

喷淋高度对氨喷雾相变冷却特性的影响

喷雾相变冷却具有高热流密度的换热能力,本文通过建立喷雾相变冷却实验系统,以液氨为工质,使用单喷嘴,对冷却面为2.5 cm×1.2 cm的热沉进行了实验研究。结果表明:以氨为工质的喷雾相变冷却具有较高的换热能力;在热流密度达到400W/cm~2时,热沉表面的温度在15℃以下;在实验工况不变时,随喷嘴喷淋高度的降低,临界热流密度值(CHF)增大,最大换热系数可达95000 W/(m~2·K)。     

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。     

微通道内流动沸腾换热特性实验研究

采用实验方法对制冷剂R134a在内径为1.98mm的水平光滑铜管内的流动沸腾换热特性进行研究。试验中,质量流速范围720~900kg/(m~2·s),热流密度范围19~28k W/m~2,系统压力0.7MPa和0.81MPa(饱和温度为26.8℃、31.4℃)和干度范围0~0.65。结果表明:质量流速对换热系数的影响较大,随着质量流速的增大而增大;在低干度区,热流密度对换热系数的影响较大,换热系数随干度的增加近似成单调增加;系统压力对换热系数也有明显的影响;将试验结果与Sun-Mishima公式和Liu-Winterton公式进行比较,发现试验结果与Sun-Mishima公式计算值吻合度较高,最大误差为14.1%。     

CO_2水合物导热特性的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法在NVT系综下对结构完整CO_2水合物以及结构缺陷CO_2水合物进行了导热模拟计算.对于结构完整的CO_2水合物,在200-230 K温度区间内,体系导热系数由0.4684 W·m~(-1)·K~(-1)变化到0.4836 W·m~(-1)·K~(-1),温度相关性较弱;而在230-280 K温度区间内,体系导热系数由0.4836 W·m~(-1)·K~(-1)变化到0.7494 W·m~(-1)·K~(-1),温度相关性变强;另外,通过计算功率图谱发现主体分子对水合物体系的导热贡献更大.对于结构缺陷CO_2水合物,发现晶穴占有率和笼形结构缺陷对体系导热均有一定影响,空笼晶胞导热系数约为完整晶胞导热系数的86.67%,体系的导热能力主要取决于主体结构的性质.     

环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究

为提高动力电池散热能力,优化工作性能,本文采用数值模拟方法,分析环境温度、对流换热系数对填充相变材料动力电池散热效果的影响,并对比分析导热系数为0. 21 W/(m·℃)的纯石蜡和导热系数为16. 6 W/(m·℃)的复合相变材料散热性能。结果表明,环境温度升高,电池温升速率加快,相变材料相变时间点提前,相变时间缩短,电池冷却效果变差;对流换热系数增加5 W/m~2,相变材料相变时间延长2 000 s,电池温升推迟,但当电池持续工作、相变材料完全融化时,电池温度不再受控制,这说明单一的相变冷却已不能满足电池散热要求,须外加空气冷却、液体冷却辅助散热。     

拉曼热扫描技术同步测量一维导热和对流换热

对于在空气中的低维微纳尺度材料传热过程,热传导和对流换热同时存在且相互影响,而实现对二者的同步测量和研究较为困难。针对该热测量难点,本文提出一种新颖的拉曼热扫描技术,该方法结合稳态电加热和拉曼扫描技术可以实现一维材料热导率和对流换热系数的同步测量.为验证该方法,选用碳纳米管纤维材料进行热物性测量实验。发现温度从335 K上升到468 K时,碳纳米管纤维的热导率从26 W·m~(-1)K~(-1)提高到34 W·m~(-1)K~(-1),对流换热系数从1143W·m~(-2)K~(-1)降低至1039 W·m~(-2)K~(-1)。其中,被测样品的对流换热量占了总散热量的60%以上.该测量方法方便快捷,对于研究低维微纳尺度材料在不同环境下的传热行为具有重要意义。     

液氮接触页岩表面淬火传热特性实验

液氮压裂改造页岩储层技术涉及液氮与储层岩石之间的淬火传热现象,且岩石具有复杂多样的表面形貌。为研究液氮接触页岩过程中的淬火特性,分别制备不同表面结构的岩样进行淬火实验,并对页岩表面进行接触角、电镜扫描和3D表面形貌测试。结果表明,岩石经36目粗砂纸打磨后,表面具有较高的表面自由能,且粗糙度明显提高,因而产生较高的莱登佛罗斯特点温度。电镜结果表明,岩石表面呈现多尺度孔穴结构,这为气泡核化提供了大量活化核心,削弱气膜的稳定性。当壁面温度从室温降至-100℃,刻痕结构和铺砂表面与基准面相比将淬火时间分别缩短了20%和30%,显著提高淬火传热速率。刻痕和砂粒增加了岩样表面积,产生更频繁的间歇性固-液接触,因此能够在较高的过热度条件下进入过渡沸腾阶段,从而提高表面换热能力。     

热阻层对低温淬火过程的影响研究

通过在铝合金棒表面制备阳极氧化热阻层和Teflon热阻层,分别对电抛光、阳极氧化和涂覆Teflon层等表面在液氮浴中的低温淬火过程进行实验研究,通过对传热反问题求解分析,研究了热阻层对低温淬火过程的影响。结果表明,热阻层能显著提升莱登佛罗斯特点的温度和临界热流密度,使整体的换热能力提高,从而加速了低温冷却过程。     

电沉积枝状微针翅铜的池沸腾传热特性

微纳表面在沸腾传热领域得到广泛的关注和研究。本文通过电化学沉积方法制备了枝状微针翅铜表面,并测试了其池沸腾换热特性。实验表明,在较低热流密度时,样品厚度对沸腾强化效果的影响不明显;但热流密度较大时,沸腾强化效果随样品厚度的减小而增大,其中厚度为110μm的样品在热流密度为140 W·cm~(-2)时,有最大传热系数143kW·m~(-2)·℃~(-1)。CHF随样品厚度增大而增大,厚度为460μm时的CHF约250 W·cm~(-2)。     

CO_2系统微通道蒸发器的研究

研究了将微通道换热器应用于CO_2循环中作为蒸发器的性能和其对CO_2系统性能的影响。实验结果表明,在系统中微通道换热器运行平稳,其在CO_2系统中作为蒸发器换热量可达3.75 kW,热量体积比为6.35×10~4 kW/m~3,微通道换热器制冷剂侧的换热系数最高可以达到8.5 kW/(m~2·K),微通道蒸发器换热效能达到90%以上,同时蒸发器制冷剂侧的压降在40 kPa以内,相对于CO_2跨临界循环的高运行压力,压力损失很小。     

孔隙直径对R134a管外沸腾换热影响研究

在工况温度分别为6℃和10℃,对R134a在光管和三根双侧强化管(F38,F46,F56)外进行池沸腾换热试验研究。结果表明:两种工况下,R134a在光管外沸腾表面传热系数与Cooper公式计算值相对偏差均在±15%以内,R134a在强化管外沸腾表面传热系数变化趋势与光管Cooper公式基本一致。受试验管外表面孔隙直径的影响,当热流密度小于50k W/m2(或壁面温差小于2K)时,孔隙直径越小,沸腾换热效果越好;反之,当热流密度大于50k W/m2(或壁面温差大于2K)时,孔隙直径大的强化表面沸腾换热效果要优于小孔隙直径表面。     

R32在微细光管内流动沸腾的数值研究

利用Mixture多相流模型对R32在2 mm水平微细光管内流动沸腾进行了三维稳态数值模拟。模拟的工况范围为:质量流速200~400 kg/(m~2s),热流密度10~40 kW/m~2,饱和温度15~20℃。结果表明:质量流速的增加消弱了重力对两相分布的影响;热流密度的增加强化了壁面附近的核态沸腾。数值模拟的换热系数和压降与实验结果的平均偏差分别为11.3%和-1.1%。     

水平细光管内R717流动沸腾换热及干涸研究

本文探究了内径3 mm水平光管内氨(R717)的沸腾两相流换热特性以及环状流的干涸特性.实验工况:饱和温度-10～10℃,热流密度10～30 kW/m2,质量流率40～200 kg/(m2·s),干度0.1～1.实验结果表明,质量流率、饱和温度及热流密度的增加都会强化沸腾换热.增加质量流率会强化环状流内的对流沸腾;增大...     

不同管径再循环蒸发器的理论计算与实验研究

建立均相流模型,对不同管径重力再循环蒸发器进行理论分析,并搭建重力再循环制冷系统试验台,在不同工况下进行对比。以R404A为例,在保温体内空气温度从0℃下降到-25℃情况下,16mm管径蒸发器传热系数从31.4W/m~2·K减少到27.9W/m~2·K,12mm管径蒸发器传热系数从27.2W/m~2·K减少到17.7W/m~2·K;16mm管径蒸发器制冷量从3.11k W升高到4.33k W,12mm管径蒸发器制冷量从2.01k W升高到4.62k W,两者的偏差从33.6%降低到-6.7%,库内温度越低,两者制冷量差距越大。对比结果表明,在低温工况下16mm管径的蒸发器相比12mm管径的蒸发器更适合重力再循环蒸发器。     

大长径比竖管沸腾换热特性实验研究

采用AP1000稳压器电加热元件开展大长径比管束沸腾换热特性实验研究。实验热流密度范围为30~270kW/m~2,以去离子水为工质,在常压下进行实验。实验结果表明:管程高度与热流密度对换热系数均有影响,沸腾换热性能与管壁表面附近流型有一定对应关系。分析了不同热流密度下壁温的沿程变化,拟合了局部沸腾换热系数随热流密度及管程高度的关联式。     

微纳耦合表面池沸腾强化传热的实验研究

以去离子水为工质,拟在钛板表面利用线切割进行微槽处理,采用阳极氧化法制备出二氧化钛纳米管阵列的微纳耦合表面,研究该表面的强化沸腾传热性能.通过场发射扫描电镜表征其微观结构形貌,利用接触角测量仪检测表面的静态接触角.结果表明,与光板相比,微槽结构增大了传热表面,规整的纳米管阵列具有亲水特性,接触角明显减小,微纳耦合表面的传热系数和临界热流密度分别达到了15.5 kW·m~(-2)·℃~(-1)和420.1 kW·m~(-2),分别提高了158.3%和50%,结合实验现象及机理分析可知,微纳耦合表面的微通道结构为气泡继续生长提供了支撑,有效避免了换热壁面被合并的大气泡完全覆盖;过热度达到一定温度后,更小的活化中心被激活,过热度随着热流密度的上升出现下降的趋势。微纳耦合表面对池沸腾具有强化作用。