微通道中水蒸气凝结过程流型变化的分子动力学研究

本文建立了外力作用下流体流动和凝结过程的分子动力学模型.在蒸汽压力为3.7177 MPa时,模拟得到了不同外力条件下水蒸气凝结过程的流型,分别为环状流、射状流、塞状流、泡状流、带有小汽泡的液体流,模拟结果与相关文献中实验流型吻合较好.模拟发现水蒸气在0.3833 MPa压力下凝结时,出现一种新的波动流流型.最后对凝结过程中流型间转换机理进行了讨论.     

微圆管内流动凝结换热的实验研究

本文对水平微圆管内凝结两相流流型进行了可视化观察,对流动和换热特性进行了实验研究。实验中只观察到 三种流型:柱塞状流、环状流和毛细泡状流。柱塞状流在质量小流量时才出现,流量较大时,流型以环状流和毛细泡状流 为主。实验的Nu数在某一Re数下具有最大值,而流动凝结的压降随Re数的增大单调增大。     

两种温度场表面Marangoni凝结换热特性比较

本文对水和酒精混合蒸气在表面具有不均匀温度场的竖直平板上的凝结换热进行了实验研究,分别从凝结换热特性和凝结形态两个方面与具有均匀温度场的竖直平板凝结换热实验结果展开了比较.实验结果表明,本实验凝结面上的液珠明显要比均匀温度场的密集细小,液珠的冲刷速度也明显较快;在相同的工况下,本实验中的凝结换热系数在任何浓度下都比均匀温度场壁面的高.初步的理论分析也表明,本实验中凝结表面浓度梯度和温度梯度共同作用引起表面张力梯度增大,导致的Marangoni对流加强,凝结换热得到强化.     

疏水微通道内流动冷凝流型实验研究

实验观测了水力直径为150μm,宽深比3,通道壁面水接触角为130°的疏水矩形微通道内的流动冷凝过程。发现疏水微通道内的流型主要有珠状流、珠状-环状复合流、珠状-喷射复合流和弹状-泡状流。由于壁面的疏水性,喷射流处仍能观察到珠状凝结。珠状-喷射复合流的位置随入口蒸汽Reynolds数的增大而向通道出口移动,喷射频率随Re_v增大而增大。珠状-喷射复合流之后为弹状-泡状流,喷射流产生汽泡会冲击前一汽泡并合并流向通道出口。     

凝结表面温差对水-酒精混合蒸气换热特性的影响

本文研究了温度梯度对不同浓度水-酒精混合蒸气的Marangoni凝结的影响.搭建了具有高气密性的实验台,设计了凝结表面存在温差的实验块.在低于大气压力(31.2 kPa,47.4 kPa,84.5 kPa)的条件下,对8个浓度(0%～50%)混合蒸气进行了实验研究并实现可视化.实验结果表明温度梯度在低过冷度(<10 K)下,提高了低浓度(0.5%,1%)的水-酒精混合蒸气的换热系数.分析认为是因为表面温差带来了表面张力的差异,促使液膜内扰动增大,减少了凝结液膜热阻的缘故.     

蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热的影响研究

本文以水一酒精混合蒸气为工质,对蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热特性的影响进行了实验研究.结果表明:混合蒸气凝结换热系数随蒸气流速的增加而增加,但换热系数对流速的敏感性随酒精蒸气浓度不同而有所区别,在酒精蒸气浓度较低时,流速使换热系数的增加较为明显.对比流速对溶质Marangoni凝结换热特性的的影响,流速对温度梯度和浓度梯度共同驱动的Marangoni凝结换热影响要弱一些.     

水平和竖直细圆管内流动凝结换热特性的对比研究

本文采用基于相平衡理论的最小能量原理,根据当地气液两相流动条件确定气液界面形状,以此为基础,从理论上探讨水平细圆管内流动凝结的特点。通过与竖直条件下管内凝结换热特性的对比,分析重力、气液界面剪切力、表面张力对流动凝结的影响。研究发现,细圆管由竖直变为水平放置时,管径的减小同样导致重力的影响削弱,并且凝结换热得到进一步强化;但由于流型的变化,随管径的减小强化的程度减弱。     

酒精-水混合蒸气凝结换热系数的计算模型

通过将膜状凝结和珠状凝结理论相结合建立了一个新的模型,用于计算酒精-水混和蒸气Marangoni凝结换热系数,该模型引入一个特性系数将膜状凝结和珠状凝结理论相结合,并考虑了酒精浓度、蒸气压力和流速的影响.在不同的压力和流速下,模型计算的结果与实验和相关文献进行了比较,最大误差为±30%.     

氨的添加引发水蒸气凝结换热强化的实验研究

研究了添加极少量氨时,氨-水混合蒸气在水平圆管上的凝结传热特性。结果表明:由于氨的添加引发的Marangoni效应,水蒸气的凝结换热在实验工况范围内基本上都得到了强化。随着表面过冷度的增加,凝结换热系数表现出有峰值点的非线性变化规律。当氨蒸气的浓度为0.38%时,混合蒸气的最大凝结换热系数可达纯水蒸气的1.9倍,从液膜热阻和扩散热阻的角度分析了强化换热的机理。     

硅微通道凝结相变过程中的喷射流现象与分析

喷射流是微通道凝结相变过程中环状流向泡塞状流演变过程中的一种独特相变流动形式.借助于显微可视化技术,本文对水力直径为77.5 μm的梯形硅片微通道中的蒸汽喷射流动现象进行了报道,分析了喷射流的形成机制和影响因素,给出了硅微通道中喷射流发生部位与Re数和Bo数的关系式.研究结果对认识微通道凝结流型演变规律具有重要意义.     

矩形微通道中环状冷凝的数值模拟

建立了一套恒热流边界条件下矩形微通道内环状冷凝过程的一维稳态模型,进行了数值计算,并将数值模拟结果与正三角形中的冷凝过程进行了比较.研究显示,在不同截面的微通道中,液相毛细半径和流速的沿程变化趋势都是相似的.同条件下,矩形通道的冷凝段长度大于正三角形通道.在矩形微通道中,通道入口蒸气压力和水力直径越大或者接触角越小,则冷凝段长度越长.     

三角形微通道流动冷凝的实验研究

实验研究了三角形硅微通道中的流动冷凝.通道中的冷凝流型沿程主要有珠状流、环状流、喷射流和弹状-泡状流等.在同一通道中,喷射流位置随着工质流量的增大而延后;在相同蒸气入口雷诺数下,喷射流位置则随着通道尺度的增大而延后.喷射流频率随着蒸气入口雷诺数和冷凝液韦伯数的增大而增大.较小水力直径的三角形通道中的流动冷凝不稳定性较高.冷凝通道的壁面温度呈沿程下降趋势.在同一通道中,流动冷凝的平均冷凝传热系数和平均努塞尔数,皆随着蒸气入口雷诺数的增大而增大,通道尺度的减小显著强化冷凝传热.     

微槽结构和工质对槽内流动沸腾的影响

本文报道实验测试甲醇等低沸点工质在微槽内流动沸腾特性的结果，并对所呈现的起始沸腾区有明显壁温回落等现象作出分析，从而在一定程度上揭示出微型槽道和工质本身特性对流动沸腾特性的影响。     

芯片微通道沸腾相变过程中流动交变现象探析

亚微米芯片通道中的沸腾相变极不稳定,在某些条件下,在芯片微通道的同一位置处会出现不同相态流体的交变现象,并伴随有剧烈的热力参数波动。本文通过显微观测和高速摄影技术,对芯片微通道沸腾相变过程中不同相态流体交变现象的成因及特点进行了揭示和分析,这对认识高热流密度条件下芯片微热沉中的流动非稳定性问题具有重要意义。     

超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究

本文对压力为0.20～0.40 MPa的蒸汽在27℃环境水中超音速浸没射流与凝结换热进行了实验研究.实验与分析结果表明:流场分为汽羽、汽液界面、汽液两相混合区和环境水四个区域;随着蒸汽入口压力的增大,依次出现圆锥-椭圆双层汽羽、圆锥形汽羽和椭圆形汽羽;当蒸汽入口压力从0.20 MPa增大到0.40 MPa时,汽羽的无量纲穿透长度从2.20近似线性增大到4.20,射流平均凝结换热系数随着蒸汽入口压力的增大缓慢减小,其数值在0.67～0.80 MW/(m2·℃)之间变化.     

水蒸气超音速流动中自发凝结现象的数值模拟

本文研究了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结现象.在欧拉坐标系下建立了二维可压缩守恒型数值计算模型,引入3系数维里型状态方程对水蒸气超音速凝结流动进行了数值模拟,依据Moore等提供的实验数据对缩放喷管算例进行了数值校验,验证了数值模型的可信度和准确性,在此基础上分析了水蒸气超音速凝结流动的特点和规律,揭示了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结、液滴增长,凝结冲波等热力学现象的规律.     

平面叶栅中的湿蒸汽两相结流动数值模拟

对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系下的数值模型.考虑水蒸汽与理想气体的偏差,引入维里型状态方程对模型作了进一步完善.对平面叶栅中的两相凝结流动进行了数值模拟,计算结果与实验值比较表明本文计算模型正确,可以扩展到三维复杂两相凝结流场的计算.     

微槽内二元混合液体的流动沸腾

1引言微型结构由于其巨大的应用潜力，作为热控制和冷却的有效手段已被引入电子集成电路、生物医学、航天、高效紧凑式与微型换热器、材料加工等现代高新技术领域。由于相交换热能传递更多的热量，微结构中的流动沸腾受到了日益重视。但微通道中流体流动和换热的特性当然与所用工质有关。微通道内液体混合物的流动沸腾至今极少见到公开报道［‘］。彭和王等人l‘－‘］报道了对微通道和微槽结构内单组元液体流动沸腾的研究，发现起始沸腾点所需壁面过热度比常规尺度槽道内的低得多，没有明显的部分核沸腾现象，同时发现微槽尺寸对流动沸腾的…