雾化喷射冷却的机理及模型研究

雾化喷射冷却的换热机理十分复杂,目前其研究还很不成熟。本文从喷射雾滴的特性参数出发,以被冷却表面上形成的喷射液膜为对象,考虑了冷却液体向环境的散热,建立质量、能量守恒方程,得到半经验半解析的雾化喷射换热模型。其中,本文提出真换热系数和显换热系数的概念,认为显换热系数受空间散热影响,而真换热系数只与喷雾动量有关。最后设计了雾化喷射局部换热实验,对模型进行检验,结果表明,该模型能够较好地符合实验所得的换热系数及加热面表面温度沿喷射半径的分布趋势。     

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。     

柱状微结构射流强化换热性能研究

对电子芯片射流冲击强化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交错排列30μm×60μm,50μm×60μm,50μm×120μm,30μm×120μm(宽×高)的柱状微结构,硅片尺寸为10 mm×10 mm×0.5mm。实验工质为FC-72,喷射速度V_j分别为0.5,1和1.5 m·s~(-1),喷嘴数目分别为1,4和9,对应的喷嘴直径分别为3,1.5和1 mm,喷嘴出口到芯片表面的距离分别为3,6和9 mm。实验表明,交错排列柱状微结构的换热效果要好于光滑芯片,临界热流密度(CHF)随着喷射速度的增加而增加。在核态沸腾区的整个喷射速度区间内,S-PF30-120的传热系数和CHF都是最高的。同时,对不同的换热方式进行了比较,包括池沸腾,流动沸腾,射流冲击和流动-喷射复合式沸腾换热。     

交错排列柱状微结构射流冲击强化换热实验研究

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交错排列的柱状微结构(30μm×60νm,50μm×60μm,50μm×120μm,30νm×120μ1,宽×高),硅片尺寸为10 mm×10mm×0.5 mm,过冷度为35 K,喷射速度V分别为0.5,1,1.5 m/s。喷嘴数目分别为1,4和9,直径分别为3,1.5和1mm。喷嘴出口到芯片表面的距离分别为3,6和9 mm。实验表明,交错排列柱状微结构的换热效果要好于光滑芯片,临界热流密度随着喷射速度的增加而增加。在雷诺数及其他工况相同的情况下,不同喷嘴数目对换热的影响不同,当n=4时,所有芯片的壁面温度最低,临界热流密度最高,其次是n=9,换热效果最差的是n=1。在雷诺数及其他工况相同的情况下,所有芯片的换热性能在喷射距离s=3 mm时最好,其壁温最低,临界热流密度最高,随着喷射距离的增加,其壁面温度逐渐升高,临界热流密度逐渐减小。     

FC—72圆形射流冲击模拟电子芯片单相局部对流传热的实验研究

以最新微电子设备冷却剂ＦＣ－７２为工质，实验研究了自由和浸没情况下，圆形射流冲击５ｍｍ×５ｍｍ模拟电子芯片的局部对流换热情况。喷嘴直径ｄ＝０．９８７ｍｍ，Ｒｅ数范围为３４８８～４２６４４。测定了自由和侵没情况下驻点换热及换热系数的径向分布，讨论了雷诺数、喷嘴一传热面间距的影响。首次发现ＦＣ—７２自由射流在高Ｒｅ数下，随着喷射间距的增加，驻点换热得到加强，而浸没射流随喷射间距的增大，驻点换热出现非单调性变化；给出了喷射间距ｚ／ｄ＝４时驻点换热系数的关联式，并与其它工质的已有结果进行了比较；对换热系数径向分布的研究表明，与自由射流不同，浸没射流分布曲线上明显出现由层流向湍流过渡所引起的二次峰值。     

激光治疗PWS中制冷剂喷射冷却过程的数值模拟

本文采用有限容积法对制冷剂喷射冷却(Cryogen spray cooling,CSC)过程进行了数值分析,研究了皮肤组织温度场随时间、空间的分布规律,初步分析了喷射过程中可能发生的冷损伤.探讨了不同喷嘴距离对于喷射换热过程的影响.结果表明:本文的模拟结果定性符合文献中的试验结果;由于制冷剂喷射不均匀性带来的冷保护不足问题可以通过适当延长冷却时间(如大于80 ms)加以避免;低温制冷剂带来的冷损伤仅局限于浅表皮层,不会对人体造成伤害;喷射距离对于整个换热过程的影响非常有限,可以较为自由地布置喷嘴位置.     

叶顶和外环喷气对叶尖区域换热特性的影响

以GE-E3高压涡轮的第一级动叶为研究对象,采用数值求解RANS方程方法研究叶顶冷气喷射、外环冷气及两者同时冷却对叶顶和外环的换热特性的影响。结果表明：相较于无冷却的凹槽叶尖,外环和叶顶两者同时冷气喷射使得凹槽底部平均换热系数的峰值点沿轴向后移至15% C_ax位置处,使得凹槽的槽底最大换热系数降低17.2%。单一外环喷气对降低平顶叶尖的叶顶和外环的换热系数效果最佳,但是平顶叶尖的叶顶区域和外环区域的热负荷的降低依赖于不同的冷却方式。而叶顶和外环两者同时喷气的冷却方式对凹槽叶尖的冷却最为稳定,对抑制叶顶和外环两区域的对流换热系数和热载荷方面均表现最好。     

光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究

本文通过改变喷雾的流量(压力)、喷射高度和喷射倾斜角对平板和切槽表面喷雾冷却进行了实验研究。实验用的强化表面是将表面切割出0.2mm高、0.2 mm宽的方形翅块。实验结果表明:流量、喷射高度均存在最优值,大的喷射倾角会削弱冷却性能;对比同样条件下的平板表面,切槽表面显著强化了喷雾冷却的性能,对流换热系数提高约30%。     

基于金属薄膜热源的喷雾冷却可视化实验研究

本文采用铝箔片作为模拟热源,结合红外热成像技术,对喷雾冷却换热特性进行可视化研究。发现相对于普通实心喷嘴,所喷射液滴轨迹具有切向力的旋转轨迹的喷嘴所得到的换热能力更强,但是在热沉表面温度分布上,不能产生带有旋转切向力的液滴的喷嘴效果更好;随着薄膜热源的输入功率的升高,其喷雾冷却的换热系数随之减少。在质量流量及喷嘴压力较高条件下,这种趋势更为明显。     

方柱微结构表面射流-流动沸腾强化换热

采用长×宽×厚为10 mm×10 mm×0.5 mm的硅片来模拟实际芯片散热,通过干腐蚀技术在其表面加工出宽×高分别为50μm×60μm,50μm×120μm的方柱微结构,实验研究了方柱微结构在射流冲击下的流动沸腾换热性能。过冷度为25℃和35℃,横流速度V_c为0.5,1.0,1.5 m/s,喷射速度V_j为0～2 m/s,冷却工质为FC-72。实验结果和同工况下的光滑表面作了对比。结果表明,方柱微结构由于换热面积的增加从而表现出优于光滑表面的强化换热性能,增加过冷度和提高V_c以及V_j都提高了芯片在高热流密度下的换热性能,但随着V_c的增加,射流冲击的强化作用减弱,低流动高喷射的强化效果最为明显。方柱肋片效率随着热流密度的增加而减小,随着V_c(V_j)增加,方柱肋片效率也逐渐下降,但降幅随着V_c的增加而减小。     

液滴碰撞对液膜内汽泡运动与换热影响

采用数值模拟的方法,研究了沸腾雾化喷射过程中热壁面薄液膜层受到液滴碰撞扰动时液膜层内汽泡运动,相界面变化和由此引起的壁面换热特性.模拟结果显示汽泡生长初期相界面变化与液膜层内二次核化特征与文献结果吻合良好,汽泡生长后期相界面变化存在滞后.讨论了液滴下降速度.液滴直径与初始位置,多液滴碰撞对液膜层内流动与壁面换热的影响.     

压力与流量对喷雾冷却换热特性的影响

本文是在封闭式喷射腔内,以一次蒸馏水作为工质,结合本文所给出的喷嘴高度 H 与有效流量 G' 相互关系的理论模型,对微喷嘴的工质入口压力 P 和工质有效流量 G' 对喷雾冷却的换热特性的影响进行了实验研究.研究结果表明,入口压力 P 对换热效果的影响非常小,而有效流量 G' 对换热效果的影响很大,并且存在一个能使换热效果达到最好的有效流量值.     

空气源热泵机组结霜问题的实验分析

基于空气源热泵在低温寒冷地区运行中遇到的结霜问题,对不同风速工况下,结霜过程中设备性能的变化进行分析,以换热量、换热系数为指标对不同翅型换热器的换热特性进行研究。实验结果显示:换热器结霜过程中,换热过程主要分为初始增加段、换热平稳段、缓慢衰减段、后期平稳等四段,结晶体在增加空气湍流度强化换热的同时,也增加了换热热阻使换热效果变差,因此换热效果本质而言是两种换热效果的综合体现;空气阻力随风速的增大、结霜量的增加而增大,而蒸发压力随着风速的增加而升高、随结霜量的增大而减小;百叶窗翅片表面结霜量大于平翅片,因此平翅片翅型当量换热系数更大,翅片结霜量、当量换热系数随风速的增加而增大,风速由1 m/s增至4 m/s时,结霜量、当量换热系数增加约三倍。     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

细圆管内超临界二氧化碳对流换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在内径为1 mm的竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究.分析了流体的热流密度、进口温度、质量流量以及流动方向对超临界压力二氧化碳对流换热的影响.实验研究发现,热流密度、进口温度、质量流量以及浮升力对细圆管内对流换热的影响很大,对流换热系数在准临界温度附近存在峰值.在加热的前半段向上流动的对流换热强于向下流动,在加热的后半段则相反.随着热流密度与质量流量比值的不断增加,向上流动与向下流动对流换热强弱转换的交点不断向流体进口方向推移,并且向上流动的壁面温度出现峰值,发生换热恶化,而向下流动则没有出现换热恶化.     

基于当量热阻的ORC工质选择方法研究

根据有机朗肯循环(ORC)蒸发器中夹点出现的位置,将其换热过程分为夹点出现在预热起始点(PPP)、夹点出现在工质汽化起始点(VPP)、以及夹点同时出现在预热起始点和汽化起始点(PVPP)三种情况,定义吸热工质和热源流体的热容流率之比为热容比ε,经分析发现PPP,PVPP,VPP三种换热过程分别对应ε1,ε=1,ε1的情况,即可用ε判断夹点出现的位置.讨论夹点温差一定时,热源温度和蒸发温度对夹点位置的影响,发现随着热源温度和蒸发温度的升高,蒸发器的换热过程逐渐由VPP(ε1)变化到PVPP(ε=1)再变化为PPP(ε1).使用基于(火积)耗散率定义的当量热阻来度量换热过程的不可逆性,对比分析三种换热过程对热回收量和当量热阻的影响情况,发现换热过程为PVPP(ε=1)时蒸发器热回收量最大、当量热阻最小.最后对于热源条件确定的蒸发器,以ε=1为目标函数,同时对循环工质和运行参数进行优化。     

低温开架式气化器表面结冰数值模拟

针对开架式气化器(ORV)建立4组不同海水液膜厚度下的换热管模型,基于Realizable k-ε及SolidificationMelting模型进行流固耦合传热计算,分析不同海水液膜厚度以及不同海水入口流速对换热管外海水结冰的影响。海水入口流速在0.5m/s~1m/s范围内变化时,海水入口流速越小,液膜厚度越薄,换热管外海水越易结冰;当液膜厚度为1mm、海水入口流速为0.5m/s时,结冰长度达到454mm。可见,换热管外海水结冰受液膜厚度与海水入口流速影响很大。海水从上往下流动过程中,换热管外海水结冰率逐渐增大,冰层逐渐增厚,且结冰重点区域位于换热管翅片缝隙及换热管连接处。因此在ORV实际运行中,为防止换热管结冰,应合理布置海水分布装置,并对换热管外翅片夹角、形状及换热管连接结构进行优化设计,以增强ORV传热效果。     

基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络

WCE算法优化换热网络时,固定投资费用的存在易造成小负荷换热单元难以产生和保留,使部分尚未完全进化的结构过早被淘汰。本文建立一种固定投资费用的松弛处理方法,将固定投资费用与换热单元热负荷进行因变处理,根据换热单元热负荷的大小实时调整优化过程中的松弛力度,引导并促进小负荷换热单元的顺利产生和进化,从而增强换热网络的结构进化能力。将松弛策略应用于9SP和15SP算例,验证松弛策略促进结构进化的有效性,提升优化质量,获得的最优结果(2 903 528 ＄ ·a^-1、5 115 061 ＄ ·a^-1)优于文献结果。     

高Ra数条件下封闭空间内换热的实验研究

本文对高宽比等于1的大尺寸封闭空间实验台用水作为对象进行了实验研究,获得了急需的高Ra数条件下封闭空间内换热的实验数据。文章分析了现行文献整理实验结果的弊病,探索用新的指导思想来整理实验数据。改变沿用夹层宽度的特性尺度而用换热面高度为特性尺度是一个合理的改进。分别整理冷、热换热面单壁的换热关联式是另一种新的探索。它将有利于揭示封闭腔内换热的内在机理,值得进一步研究。     

晶体加热表面对流换热机理

1前言用晶体表面加热其它介质是普遍存在的换热现象,其中对流换热是主要的换热方式之一。对其换热机理,有关研究人员进行了广泛深人的研究,取得了许多重要成果［‘－‘］。但迄今还缺乏统一的认识,没有形成系统的理论,其原因之一可能是由于人们总是把进行热交换的双...