准稳态问题的热流密度分析

已知热流密度线路径,使用简单的代数及积分运算,推导出了准稳态下热流密度函数、温度场函数以及导热系数的表达式,计算了准稳态下长的空心圆柱体中的温度场函数和导热系数表达式.     

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。     

半透明平板边界放射辐射热流密度的反问题

对一维半透明平板内辐射、导热及边界对流耦合换热过程进行了研究。提出了一种由一侧边界出射辐射强度反演另一侧边界入射辐射热流密度的方法。通过对各种向异性散射、吸收系数、散射系数、边界外侧来流温度、对流换热系数、半透明平板的导热系数和平板厚度等参数对反学演精度影响的分析表明,方法是可行的。     

层流高温部分电离气体射流热流密度分布动态测量与分析

采用表面中心位置装有铜探头的平板,对射入大气环境的层流纯氩高温部分电离气体射流冲击平板的热流密度进行了动态测量,分析了测量条件对热流密度及其分布特性测量结果的影响。同时,研制了嵌有铜探头的小尺寸杆状热流探针,在小扰动条件下测量了射流的热流密度分布。结果显示层流等离子体射流具有稳定的能流密度,探针的移动速度对射流中心区域的热流密度测量结果影响很大。     

水射流冷却过程中表面热流密度的预测

建立了由内部一点测量温度值,选取多个时间步长计算未知的表面热流密度与换热系数的导热反问题算法。该算法采用有限容积法离散方程,附加源项法处理边界条件。将该计算模型应用于求解浸没水射流冷却过程中表面热流密度,将计算温度值与实验测温值进行比较验证了算法的正确性。在此基础上分析了水射流冲击过程中薄钢片表面热流密度随表面温度与时间的变化特性。     

石墨膜表面临界热流密度实验研究

本文以光滑石墨膜作为加热表面,在标准大气压下以去离子水为工质进行了饱和池式沸腾实验。实验研究表明,在热流密度达到1.83 MW/m^2时,石墨膜发生膨胀并使其表面局部破裂,随着热流密度的进一步升高,破裂的面积逐渐扩大,石墨膜的电阻呈现阶跃式升高。在2.40 MW/m^2的热流密度下,石墨膜表面全部破裂,此后随着热流密度增加,电阻上升幅度变小,最终,在热流密度达到3.17 MW/m^2时,石墨膜发生烧毁。可见,石墨膜通过膨胀破裂的方式能自适应地强化沸腾传热临界热流密度,强化比例达到73%。同时,通过高速摄像机的观察发现,在相同热流密度条件下,与光滑表面相比,膨胀表面的气化核心数增多,气泡脱离直径变小,气泡脱离频率变大。     

窄缝通道中液氮的临界热流密度实验研究

本文在实验的基础上对窄缝通道中液氮的临界热流密度进行了实验研究。实验针对3个不同长度和间距尺寸的窄缝通道在多方位倾角的情况下进行。实验测量结果显示窄缝的方位倾角和窄缝的间距尺寸对临界热流密度有很大的影响。临界热流密度随窄缝间距尺寸的减小而减小,随着窄缝倾角的变化先增加(0°-90°)后减小(90°-180°),而窄缝长度对临界热流密度的影响作用较为复杂。通常,临界热流密度在倾角为90°时达到最大值。     

超急速温升沸腾热流密度研究

本文以不干涉测温系统的激光为热源,以高响应、高测量精度的铂薄膜电阻为测温元件和加热元件,从而保证了研究丙酮液体在超急速温升条件下的沸腾热流密度时瞬态测量的精确性。利用显微镜和数码相机对沸腾过程进行照相,计算了丙酮液池的温度场、热流密度及其蒸汽量,得出了沸腾曲线,发现了过冷沸腾中汽泡并不淹没的现象。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

高热流密度均温板的传热特性实验研究

针对目前严峻的电子组件散热形势,制造了高热流密度传热组件-均温板,并对其传热特性进行了研究.实验表明该均温板可承受非常高的热流密度.当加热功率达到170W时,热流密度超过了40W/cm2,均温板的上底面最高温度不超过85℃,从而表现出良好的均温和散热特性.热阻随加热功率的增大而减小,并逐渐趋于平缓.     

温敏涂料TSP热流密度测量方法及应用

温度敏感涂料（temperature-sensitive paint,TSP）可以实现高空间分辨率的温度测量.基于时间解析温度数据计算热流密度是典型的导热反问题.基于一维双层导热模型,通过解析或数值求解的方法计算热流密度,是上述问题的通用解法.在工程应用中,可根据试验工况简化一维双层导热模型,采用更简便的方法进行热流计算.TSP测量热流的精度受涂料厚度、TSP测温真实位置和材料热物性变化等因素影响,相应地可以在涂料设计、物理建模以及计算方法等方面进行完善,提高TSP热流测量的精度.TSP热流测量在暂冲式和激波式两类高超声速风洞中均已得到成功应用,文章结合两个应用实例对工程应用中的挑战与对策进行了讨论.      

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。     

纳米特性表面圆柱型高速喷流沸腾临界热流密度的实验研究

制备了分别具有亲水和疏水特性的2种纳米特性表面,对具有不同固液接触角的传热面上圆柱型高速水喷流沸腾的沸腾临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究,重点考察了喷流速度,过冷度和传热面固液接触角对CHF的影响。通过研究整理了传热面固液接触角和CHF之间的实验关系。对作者过去提出的饱和液与过冷液圆柱喷流沸腾CHF的半理论关系式进行了扩展和改进,使公式扩展到高流速范围和广泛的固液接触角范围。改进的关系式与实验数据符合得很好.     

矩形微槽道饱和沸腾临界热流密度特性

对矩形微槽中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。研究CHF随质量流速、进口过冷度和出口干度的增加而出现的变化趋势,以及槽道尺寸对CHF的影响。搭建试验平台,在不同槽道当量直径、较大范围的质量流速和不同进口过冷度条件下,获得以去离子水为工质两相沸腾传热的实验数据。由于常规尺寸槽道CHF预测关联式并不具有普遍性,所以提出了一个适用于微槽道饱和沸腾CHF的预测模型。并通过与该文以及参考文献中实验数据进行对比,验证了该模型的适用性。     

翅片管换热器结霜时霜密度和厚度的变化

本文根据理想气体状态方程和Clapeyron-Clausius方程推导出了计算用于霜密度变化的结霜量变化率的公式。计算时同时考虑了结霜的密度和厚度随时间的变化,得到了不同工况下用于霜密度变化的结霜量变化率、用于霜厚度变化的结霜量变化率随时间的变化规律以及霜的密度和厚度随时间的变化,为采取有效的除霜控制方法提供了依据。     

半透明平板边界入射辐射热流密度的反问题

对一维半透明平板内辐射、导热及边界对流耦合换热过程进行了研究。提出了一种由一侧边界出射辐射强度反演另一侧边界入射辐射热流密度的方法。通过对各向异性散射、吸收系数、散射系数、边界外侧来流温度、对流换热系数、半透明平板的导热系数和平板厚度等参数对反演精度影响的分析表明,方法是可行的。     

矩形微槽道纳米流体饱和沸腾临界热流密度特性

针对纳米流体在微小尺度传热领域的应用,在常压下对微槽道中纳米流体的流动沸腾临界热流密度进行实验研究。分别以体积浓度为0.2%、0.5%的水基Al2O3纳米流体为工质进行试验,研究不同质量流速、槽道尺寸以及体积浓度等因素对沸腾CHF的影响。对比水为工质实验结果,表明:槽道尺寸、质量流速对于水-Al2O3纳米流体和纯水的CHF影响一致。其它参数一定的工况下,纳米流体CHF比纯水大,且随着纳米流体体积浓度增大,出口壁面过热度会增大。最后介绍一个微槽道沸腾CHF的预测模型,在评价其不足的基础上提出一个关于CHF的预测公式,与实验数据进行对比,验证该公式的适用性。     

基于低温冷库的恒温室设计

针对一系列实验的需要,基于一座小型低温冷库,对制冷系统进行完善后增加了电加热器、加湿器、温湿度变送器等设备,运用电热平衡的方法实现恒温控制。测试结果表明:在-60℃～+40℃温度范围内,可以无级调节,波动范围不超过±0.5℃;最大相对湿度可达99%,控制精度在±5%以内。应用表明:此恒温室能较好的满足一般实验所需恒温恒湿的要求,其操作的方便性及实用性可以为以后的科研作出贡献。