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。     

微尺度水平管内沸腾换热特性研究

对不同质量分数下非共沸混合工质(R134a/R32)在微尺度管道内的流动沸腾换热特性进行了比较和分析,阐述了热流密度、质量流量和质量干度对换热的影响。结果表明:热流密度对换热的影响随着质量流量的增加而愈加明显;在质量分数为75%/25%和65%/35%时,换热系数随着质量流量的增大而增大;而质量分数为85%/15%时,换热系数随质量流量的变化先增加后减小;随着质量干度的增加,换热系数在各质量分数下基本上都呈上升趋势。     

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

MgSO4-Na2SO4-H2O三元体系100 ℃沸腾蒸发非平衡态成盐特征

采用140 ℃恒温热源, 对MgSO4-Na2SO4-H2O体系溶液进行100 ℃恒温沸腾蒸发, 蒸发强度为140～160 g/(h•L), 监测初始析盐点和固相析出后固液相组成随蒸发进程的变化, 总结成盐特征, 提出反映非平衡态成盐特征的初级成盐区、扩展成盐区等概念. 研究发现(1)平衡相图上的同成分复盐3Na2SO4• MgSO4和Na2SO4• MgSO4•2.5H2O变为异成分复盐; (2)对Na2SO4和3Na2SO4•MgSO4的平衡共饱和液蒸发, 首先析出的是Na2SO4, 其单固相析出率为60.86%, 3Na2SO4•MgSO4和Na2SO4•MgSO4•2.5H2O的共饱和液也具有相同特征; (3)蒸发过程的初级成盐区与溶解平衡相区有显著区别. 用硫酸钠的耶涅克指数表示相区宽度, Na2SO4初级成盐区宽度从平衡态的21.02扩大到32.76; 而Na2SO4•MgSO4•2.5H2O则从41.40缩减为25.71; (4)在晶种存在的条件下, 各种盐的成盐区比初级成盐区有不同程度的扩展, 如Na2SO4, 3Na2SO4•MgSO4等盐的成盐区分别扩展了7.72和8.81. 扩展成盐区与初级成盐区的交叠形成了非平衡条件下特有的条件成盐区, 析盐种类取决于晶种的种类.     

微型电阻加热推进器内的传热问题

分析了微型电阻加热推进器中沸腾的特征以及过热极限温度,分别采用经典的抛物型热传导方程和非傅立叶导热的双曲型模型(C-V模型)、双元相滞后模型(DPL模型)来描述导热过程,采用有限差分法对微型电阻加热推进器中导热过程的初始阶段进行了数值求解.发现非傅立叶模型较傅立叶模型有-定的时间延迟,DPL模型与C-V模型的延迟差别不太大;在加热过程中,加热电阻及其临近的水很快会升至300℃,而大部分水的温度升得较慢.     

短脉冲激光作用下丙酮液池沸腾现象的瞬态观测

本文对短脉冲激光作用下试件表面的温度变化和丙酮液体汽泡行为进行了瞬态观测,研 究了激光参数和细小金属颗粒等因素对丙酮液体沸腾行为的影响。结果表明：激光参数中,脉宽是 影响温度曲线和汽泡行为的主要因素,随着激光脉宽增大,大汽泡的长大时间和脱离直径减小;汽 泡长大速度与常规沸腾时的完全不同,没有出现等温生长阶段,在激光脉冲后很长时间内汽泡长大 速度快速增大;试件表面覆盖细小金属颗粒后,沸腾过程变得非常剧烈。     

高温壁面液体射流冲击瞬态沸腾传热的实验研究

以水作为冷却介质,对高温壁面在射流冲击淬冷时的瞬态换热特性进行了实验研究,获得了介质在不同过冷度、不同射流速度下的完整沸腾曲线。实验结果表明。无论是增大工质过冷度还是提高射流速度,总会使得热壁面的冷却速率加大。在一定的过冷度和射流速度下壁温变化呈现快－慢－快的特点。临界热流密度随平均壁温变化率的增大而增大,二者之间存在线性关系．     

液氮中导线加热丝的沸腾传热特性研究

本文以50μm的磷青铜丝作为加热丝和测温元件,采用控制热流密度的方式测量了0°-90°倾角下加热丝在液氮中的沸腾曲线,结果表明:核态沸腾在增加热流密度时存在滞后现象;Bromley公式能准确的预测出膜态沸腾换热曲线的斜率,Zuber模型和Kutateladze公式预测水平细加热丝的CHF误差在15%以内;对于Leidenfrost热流密度的预测,常温流体的计算模型并不适用;CHF随倾角的变化较大,且大于加热平面在相同倾角下的变化幅度。     

引入固体颗粒强化膜态沸腾换热的机理分析

本文针对热轧棒材生产过程中穿水冷为背景,以热力学分析为基础,讨论了冷却介质中掺入固体颗粒后出现的强化沸腾换热的机理。认为固相颗粒的引入在汽化和凝结过程中形成了非均态核化中心,增加了核化几率,提高了膜内的扩散速率;固体颗粒的存在使得水膜减薄,汽泡的寿命缩短,甚至改变局部传热状态由膜态沸腾转变为核态沸腾。得出了固体颗粒携带水膜穿入蒸汽膜的必要条件是水与固体颗粒的润湿角θ<75°。     

R11/R134a混合工质管束外沸腾传热的EHD强化试验研究

采用EHD强化技术对R11/R134a混合工质进行管束外沸腾传热的试验研究,以试验所获得的大量数据为基础,分析了电场电压、热流密度与换热系数、强化系数之间的关系,并重点分析了不同工质组分对EHD强化效果的影响,为探索EHD强化沸腾换热的机理以及将其推广到工程应用提供了一定依据。