沸腾换热及临界热流的动态微液层模型

对于水平面上的池内饱和沸腾传热机理,本文提出了一种新的微液层理论模型。与以前的理论模型不同的是,微液层模型给出了传热面上气-液-固接触的动态构造。饱和沸腾换热的主要机理在于动态微液膜的蒸发并与单个气泡的动力学过程密切相关。该模型能很好地预测充分发展的核沸腾换热曲线。由沸腾曲线上的极大值而很自然地导出临界热负荷。理论计算结果和已有的实验的结果相当吻合。     

局部沸腾液滴内部气泡动态行为研究

本文采用微加热器对液滴进行局部加热,并对其蒸发沸腾现象进行了可视化研究。液滴局部加热后产生局部沸腾现象,内部生成单气泡,气泡附着在加热基板上,持续生长,当达到某个临界点气泡破裂。在加热初期,气泡生长速度很快,随着加热过程的不断进行,气泡的生长速度逐渐放缓;随着气泡生长顺序的不断推迟,最大直径减小;加热功率的提升会增加气泡的生长速度,缩短气泡的生长时间。通过对气泡破裂过程的研究,气泡破碎过程开始于气泡上方的液膜断裂,形成不稳定的瑞利流和向上喷射的液滴,在表面张力的作用下,恢复初始状态,气泡破裂直径大小会影响液滴的波动幅度与周期。     

多孔介质流动沸腾微观模型实验研究

多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。     

纳米结构影响沸腾换热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟液体在纳米结构表面的快速沸腾过程.主要研究了纳米结构表面粗糙度以及栏栅形和棋盘形两种排列方式对液体快速沸腾过程以及换热特性的影响.研究结果表明,随着纳米结构表面粗糙度的增加,栏栅形和棋盘形纳米结构表面液体沸腾起始时间均提前.当栏栅形和棋盘形纳米结构表面粗糙度相同时,棋盘形纳米结构表面会进一步缩短液体沸腾起始时间.形成这种现象的原因是纳米结构表面粗糙度的增加,增加了固液接触面积,提高了初始时刻热通量,减小了固液界面热阻,导致表面附近液体动能增大,增大了液体高度方向的温度梯度,有利于液体发生沸腾.当纳米结构表面粗糙度相同时,棋盘形纳米结构表面具有较小的界面热阻,从而缩短了沸腾所需要的时间.     

基于拟沸腾理论的超临界CO2管内传热恶化量纲分析

超临界流体广泛应用于工程技术领域,其流动传热特性对工程设计具有重要意义,但是,由于超临界流体的物理微观和宏观行为的机理尚不清晰,所以其异常的流动传热特性并未得到很好的解决.普遍认为超临界流体在分子尺度上可分为类气和类液两种不同的特性,直到最近通过实验在宏观上监测到超临界水类液和类气之间的转变,且这一过程与拟沸腾理论一致,使得问题逐渐变得清晰.本文基于拟沸腾理论对超临界CO2异常流动传热行为进行了研究,在假设类液和类气转换过程不均匀的情况下,从经典的量纲分析和亚临界过冷沸腾理论模型出发,提出了一个适用于超临界流体拟沸腾换热过程的分析方法.通过引入表征类气膜生长速度与流体主流平均流速之比π=(qw·ρ1)/(G·Δi·ρg)和表征近壁区类气膜温度梯度π13=(qw·βpc·di)/λg两个无量纲数,来表征拟沸腾如何导致传热恶化,解释了超临界CO2竖直向上加热流动过程中的异常换热特性,即较大的类气膜生长速度使近壁区快速聚集了较多的高温流体,而较大的类气膜温度梯度使类气膜覆盖在壁面.当核心的冷类液不能充分润湿热壁面时,传热恶化.新无量纲数较好的诠释了超临界流体拟沸腾诱导传热恶化机制,为超临界拟沸腾传热研究提供了理论依据.     

多超声协同的溴化锂溶液空化气泡动力学特性

超声空化有助于强化盐溶液沸腾传热过程.为改善溴化锂水溶液在真空条件下的发生效率,提出了多超声协同强化吸收式制冷系统的溴化锂水溶液发生过程方法.构建了多超声协同的气泡动力学数学模型,探讨了不同因素对溶液空化特性的影响.通过搭建超声波强化发生器内溶液传热过程的试验台,对理论结果进行了可行性验证.研究结果表明:多超声协同相比单振子对真空发生器内溶液空化特性的影响,具有更明显的强化作用;频率为25 kHz,总超声功率为60 W时,双超声振子和单超声振子的系统发生率较无超声时分别提高了10.26％和5.69％,超声强化传热效率随着溶液浓度的增加而减弱.     

基于沸腾-空化耦合效应的微通道线阵LD用热沉

 针对大功率LD的冷却需求,基于沸腾-空化耦合效应,研制了一种微通道相变热沉,封装腔长1.5 mm的LD线阵。依据加工条件确定通道宽度、深度以及间距,采用2维数值模型估算了通道长度,热沉材料采用无氧铜,多层叠焊,外形尺寸为20 mm×12 mm×1.6 mm。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电 光转换效率以及电流 输出功率等特性,冷却工质采用R134a,磁驱齿轮泵电机转速50 r/s时热沉热阻为0.3 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的散热能力,能够满足大功率LD的散热要求。     

微槽道中纳米流体沸腾换热特性研究

为研究纳米流体在微槽道中的沸腾换热特性及规律,分别以去离子水和体积浓度为0.2%、0.5%的水基Al2O3纳米流体为工质进行试验,研究质量流速、热流密度、进口过冷度、槽道尺寸等因素对沸腾传热系数的影响及其两相摩擦压降与出口干度的关联分析和沸腾换热关联式对比拟合.试验结果表明:在一定热流密度和质量流速下,传热系数随槽道尺...     

“水沸腾”实验教学的几点改进

"水沸腾"实验是北师大版八年级上册教材第一章"物态及其变化"第四节"汽化和液化"中的一个实验."水沸腾"是日常生活中常见的一种现象,但学生对其具体特征不一定清楚.这又是八年级刚开始学习物理的一个实验,学生对实验很感兴趣,因此成功做好这个实验非常重要.