微液层模型预测过冷沸腾的临界热流密度

本文利用微液层模型对过冷沸腾的临界热流密度（CHF）进行了理论预测。过冷沸腾的强化换热主要是通过单个气泡的形成和消失造成的对流换热强化而引起的。对等热流面,CHF在高过冷区趋近于常数;对等温面,CHF随过冷度的增加而增加。过冷度增加时,蒸发换热量减少,总热流密度主要由蒸发区外的导热引起。     

柱状微结构浸没喷射沸腾强化换热实验研究

对电子芯片在FC-72工质中浸没喷射沸腾换热进行了实验研究。通过干腐蚀技术在硅片表面加工出50μm×60μm,50μm×120μm(宽×高)的柱状微结构,硅片尺寸为10 mm×10 mm×0.5 mm,过冷度分别为25、35 K,喷射速度V_j分别为0.5、1.0、1.5 m/s。实验表明,临界热流密度随着喷射速度和过冷度的增加而增加,增加过冷度和喷射速度可减小气泡脱离时的尺寸,增加气泡脱离频率,因此提高了临界热流密度并且降低了壁面温度。此外,在单相对流换热区对流换热占据主导地位,热流密度随着壁面过热度线性增加;在核态沸腾换热区,对流换热与核态沸腾换热同时影响着换热过程。当喷射速度较小时,核态沸腾区曲线的斜率比单相对流区曲线的斜率大得多,显示出浸没喷射沸腾的优良换热性能。     

卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的实验研究

本文对卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾的起始点进行实验研究,根据壁面温度的变化规律判定过冷沸腾起始点。在热流密度逐渐增大的情况下,对过冷沸腾发生时相关参数的不同变化进行了研究,得到了过冷沸腾起始点上壁面过热度和热流密度随位置的变化规律。分析了入口参数对过冷沸腾起始点的热流密度的影响趋势。对实验数据进行回归分析,发展了适用于卧式螺旋管内过冷沸腾起始点热流密度的经验关联式。     

窄流道内压力对汽泡动力学特性的影响

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究.发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽泡成串排列在加热壁面上,其沿壁面滑移距离随着过冷度和热流密度的增加而增大.较高压力下小汽泡容易发生滑移现象的原因在于高压力使气泡的直径减小,导致气泡的受力发生改变,而使气泡的行为发生改变.     

微重力准稳态池沸腾中的气泡动力学研究

本文实验研究了微重力条件下的准稳态核态池沸腾现象中的气泡动力学特征及其对传热特性的影响,发现在低过冷度沸腾中,聚合汽泡表面的强烈振荡促进了整个加热面上的核化过程与核态沸腾传热;而高过冷沸腾中,聚合气泡在表面张力作用下呈球状,难以覆盖整个加热表面,导致核态沸腾向膜态沸腾的过度过程表现为"核态沸腾+局部的干斑扩展"现象,相应的传热曲线没有明显转折.微重力条件下池沸腾临界热流随过冷度和压力的增加而升高,与地面结果定性相符.     

水平矩形通道内流动沸腾换热特性实验研究

在常压条件下,对水平矩形通道内R113的流动沸腾换热过程进行了可视化实验研究.通过对加热平板上流动沸腾换热所形成的气泡形态的观测,发现随着热流密度的增大,流动沸腾的起沸点距离逐渐减小,并且减小的程度趋于平缓.随着热流密度的增大,气泡数量逐渐增多,且脱离速度也加快,气泡逐渐融合,直径逐渐变大.将本文的实验结果与文献中的对应结果进行对比,分析了流动沸腾换热中影响总体传热效果的主导因素由核态沸腾换热向强制对流换热转变。     

含盐水池沸腾特性及盐分影响因素研究

水资源在工业生产中不可或缺,在地球的水资源中,仅有2.5%为淡水,超过97%的水为含盐水。全球每年约4000多亿立方米含污水排放,造成严重的环境污染和经济治理成本问题。深入理解含盐水沸腾传热特性对于保证核电站、注汽锅炉、海水淡化中的传热安全具有重要意义。本文搭建了基于不同材质加热表面的核态池沸腾实验系统,通过热电偶梯度测温和可视化高速摄像技术测量得到热流密度、加热面温度、气泡脱离直径、脱离频率、生长速率等沸腾传热过程的关键参数。研究结果表明盐分的存在对沸腾传热起着一定程度的强化作用。     

顶部浸没管口气泡生成特性实验与数值模拟

利用高速摄像机获得顶部浸没方式下管口处气泡膨胀脱离过程,对比分析了管径、气体流量和管口浸没深度对气泡脱离直径和膨胀脱离时间的影响规律;运用三维流体体积(VOF)模型,模拟研究了气泡膨胀脱离过程中气泡膨胀脱离时间、脱离直径和气泡形态的变化规律,分析了气液湍动能和流场速度的分布变化规律。经过对比,实验结果与模拟结果一致。研究结果发现,气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加;随液体密度的增加而减小;随气体流量增大而降低,但降低速率逐渐减小.气泡脱离直径随气体流量的增加而增加且存在气泡脱离形态变化点;随管口浸没深度和液体密度的增加呈现下降趋势。气泡长短轴比随液体密度增大而增大,而随膨胀脱离时间的增加呈现降低趋势.     

浮升力对管内水过冷流动沸腾传热特性的影响研究

基于已知的2087组水的过冷流动沸腾传热实验数据,通过努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系探讨了不同流动方向和加热方式下浮升力对过冷流动沸腾传热性能的影响。对上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,向上的浮升力阻碍了气泡向流体中的扩散,使得传热恶化。在增加流速、增大压力和减小过冷度的条件下,Nu均随Gr增加,使过冷流动沸腾传热得到强化。     

液体过冷度对沸腾换热中汽泡合并及传热的影响

本文对三种过冷度下,微尺度加热片阵列上的沸腾换热现象做了实验研究,实验采用两组核化点,每个核化点包含12个大小约为0.1 mm×0.1 mm的微型加热片。利用高速摄像技术从汽泡的底部对汽泡生长及合并现象进行观测,并用高速数据采集系统同步记录不同加热片热流密度.实验探究了不同过冷度下的汽泡合并现象,以及对应的汽泡直径变化规律、汽泡脱离频率和热流密度曲线。文章分析了不同的合并现象并探究了过冷度对沸腾传热的影响。     

亚临界压力区垂直上升管内传热特性实验研究

本文开展了亚临界压力下垂直上升内螺纹管中水的传热特性的实验研究,并与对应条件下光管内水的传热特性进行了对比、分析.结果发现:内螺纹管和光管中两相饱和流动沸腾换热随热流密度的增加或压力的升高而增大,基本不随质量流速的变化而变化;相同工况下内螺纹管的饱和沸腾换热系数大约为光管的1.1～1.2倍。内螺纹管和光管的过冷沸腾起始干度都随质量流速的减小或者压力的升高或者热流密度的增大而增大;在相同工况下本文实验内螺纹管中的过冷沸腾起始干度比光管中的要小至少0.2。光管中主要发生偏离核态沸腾(DNB),临界干度随热流密度的减小或质量流速的增加或压力的降低而增大;内螺纹管中主要发生烧干,运行参数对临界干度的影响不大。     

细铂丝表面池沸腾临界热流尺度效应研究

本文实验研究了地面重力环境中过冷度和加热铂丝直径对FC-72和丙酮池沸腾传热临界热流现象的影响。实验结果表明,临界热流具有明显的尺度效应,其特征随Bond数范围的不同而不同,但具体的分区准则依赖于工质的物性。在中等和大的Bond数区域,过冷度对临界热流的影响与铂丝直径无关;而在小Bond数区域,过冷度效应与尺度明显相关。     

偏滤器微纳表面冷却通道的过冷流动沸腾数值模拟

为模拟偏滤器水冷模块微纳米结构化表面的传热特性,结合微纳表面可视化微观观察实验数据,在现有气泡参数模型的基础上,对接触角、气泡脱离直径、气泡脱离频率、汽化核心密度等参数模型进行修改,提出可模拟微纳表面过冷流动沸腾传热效果的计算模型。用该模型对压力为4MPa、速度为10m·s-1、进口温度为423K的偏滤器水冷结构中的过冷流动沸腾进行计算,得到常规水冷通道与微纳表面水冷通道各结构的温度与气相体积分布。计算结果表明,微纳表面的平均传热系数提高约一倍;在无氧铜与铬锆铜的许用温度范围内,微纳表面通道偏滤器承受的稳态热流密度可达14MW·m-2。     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。     

过冷沸腾气泡行为的实验研究

本文采用拍摄速度为10000帧/秒的高速摄影仪对不锈钢箔表面的过冷沸腾现象进行了可视化实验研究。实验结果与用微液层模型理论预测的结果一致。高过冷度区域的沸腾换热机理主要是由气泡生长、消失过程中温度边界层的强制排除(所谓强制对流)引起的。气泡周期主要由等待时间构成,这在过冷度高的情况下尤为显著。对等热流密度换热面,微液层模型预测的气泡周期与实验值比较吻合。     

表面活性剂对池沸腾换热的影响

本文以SDS(十二烷基硫酸钠)为表面活性剂,研究了在不同过冷度下SDS浓度对池沸腾换热的影响.结果表明在低SDS浓度下,沸腾换热在一定热流密度范围内得到显著强化.在不同过冷度下.均存在相应的最佳SDS浓度值,最大换热系数可达纯水的2～4倍.在饱和沸腾状态下,临界热流密度(CHF)随SDS浓度的增加而减小,沸腾曲线呈现三类分歧,且存在"S"型沸腾曲线及较明显的沸腾滞后现象.     

滞止区内过冷液体喷流沸腾的临界热流密度

本文对高温平板滞止区内三种过冷液体的圆形喷流冲击沸腾的临界热流密度进行了系统的稳态实验研究。考察了过冷度、流速、喷流直径等流动条件对喷流沸腾临界热流密度的影响。建立了预示液体临界热流密度的半经验型方程。     

临界热流密度物理机理的实验研究

本文通过实验研究了池沸腾和液膜沸腾条件下的临界热流密度。实验结果表明,初始液膜厚度对于临界热流密度没有影响,并且液膜沸腾的临界热流密度值和相同条件下的池沸腾的临界热流密度值相当。这一实验结果验证了‘尺度分离'假设。通过高速摄像机对液膜沸腾进行直接观测,发现在高热流密度时,绝大多数的气泡底下有微液膜存在,只有少量气泡底下出现干斑,但是由于高频的气泡生长过程,干斑很快被润湿而消失。接近临界热流密度时,干斑的面积占据整个加热表面的比例不超过10%。当热流密度达到临界值时,干斑由于不能被润湿而渐渐扩大,最后导致加热壁面烧毁。     

纳米颗粒悬浮在加热铂丝上的过冷沸腾

本文对加热铂丝上25 nm SiO2颗粒与水悬浮液的过冷沸腾进行实验观察,纯水和纳米颗粒悬浮液的沸腾过程基本相同,但低热流密度下纳米颗粒悬浮液中的气泡重叠(或气泡团聚体)现象非常普遍。在实验观察基础上分析了气泡重叠(或气泡团聚体)成因,纳米颗粒在气泡表面的吸附和浓聚增大了气泡间吸引力和气泡质量,最终导致气泡重叠(或气泡团聚体)的形成。     

R32/R134a在微通道内流动沸腾特性

研究非共沸混合工质R32/R134a(质量比,25%/75%)在水平微尺度通道内流动沸腾换热规律。在各种工况下进行了非共沸混合工质R32/R134a在水平微尺度管道内流动沸腾换热的实验,考察了质量流量G、热流密度q、质量干度x对微尺度通道内流动沸腾换热系数的影响。研究表明:在热流密度、质量流量都较低的区域,对细管道,换热系数与热流密度的关联度较大;而对微管道,换热系数受影响的因素比较多,并在干度为0.6时出现"干涸"现象,使得换热系数急剧下降。在质量流量高的区域,对细管道,热流密度对换热系数的影响很小;而对微尺度管道,当干度为0.06时换热系数发生转变,随质量干度的增加先减小后增大,热流密度增大到一定的阶段后,换热系数不再随热流密度变化。