液膜沸腾条件下厚液层厚度物理模型研究

沸腾传热近加热壁面"厚液层(Macrolayer)"的特性对于临界热流密度的触发具有决定性的作用。然而,沸腾条件下厚液层厚度的实验数据很缺乏,预测模型也尚不完善。本文通过液膜沸腾实验获得了不同热流密度下厚液层的特征厚度。现有的厚液层预测模型中,Haramura与Kumada模型的预测值低于实验值,Sadasivan模型的预测值高于实验值。本文基于Haramura模型,建立的厚液层厚度预测模型具有较高的精度,最大误差降低到12%,适用范围在0.5q_(CHF)到q_(CHF)之间。     

电沉积枝状微针翅铜的池沸腾传热特性

微纳表面在沸腾传热领域得到广泛的关注和研究。本文通过电化学沉积方法制备了枝状微针翅铜表面,并测试了其池沸腾换热特性。实验表明,在较低热流密度时,样品厚度对沸腾强化效果的影响不明显;但热流密度较大时,沸腾强化效果随样品厚度的减小而增大,其中厚度为110μm的样品在热流密度为140 W·cm~(-2)时,有最大传热系数143kW·m~(-2)·℃~(-1)。CHF随样品厚度增大而增大,厚度为460μm时的CHF约250 W·cm~(-2)。     

变密度多层绝热最优层密度研究

基于正交实验法对变密度多层绝热(VD-MLI)设计不同层密度组合方案,同时采用逐层传热分析模型进行漏热量计算。结果表明不同层密度组合的VD-MLI漏热量不同,VD-MLI最优层密度组合方案为低密度区8层/cm,中密度区14层/cm,高密度区20层/cm。在最优层密度组合基础上,确定了不同热端温度条件下,液氮、液氧、液态甲烷VD-MLI满足漏热量要求的最小厚度。热端温度165K,液氮最小厚度9mm,液氧8mm,液态甲烷6mm;热端温度300K,液氮最小厚度39mm,液氧38mm,液态甲烷36mm;热端温度400K,液氮最小厚度94mm,液氧93mm,液态甲烷92mm。     

电阻型超导限流器故障限流引发的传热问题研究

为研究用于电阻型超导限流器(SFCL)故障限流引发的传热问题,本文采用12mm宽、0.31mm厚的纯不锈钢带材模拟电阻型限流器专用第二代(2G)高温超导带材,通过电加热方式获得其在液氮中不同放置状态的沸腾热流密度曲线,并修正经典模型系数以适用于描述故障限流后巨大温差等复杂换热工况下的传热规律;同时通过淬冷法获得不锈钢及2G超导带材的淬冷沸腾热流密度曲线。     

过冷态超流氦中的稳态传热

本文详细研究了过冷态超流氦(Hellp)中的稳态传热,内容包括临界热流密度、膜沸腾传热系数、以及过冷态超流氦浴温度和压力对稳态传热特性的影响.对最大临界热流密度的理论性探讨——“相对临界热流密度法”较为成功地阐述了 Hellp 的最大临界热流密度.     

液滴撞击液膜的流热耦合界面追踪方法数值模拟

采用界面追踪方法研究蒸馏过程中液滴撞击高温薄液膜的流动和传热特性,将数值结果与解析解和实验进行比较验证模型的正确性,研究气液界面和热流分布的演变过程.同时,分析液滴We数和无量纲液膜厚度对传热的影响.液滴撞击后的热流密度分布显示：液膜可分为撞击区、过渡区和静态区.由于液滴的撞击作用,强制对流是撞击区内主要的传热机制.增大液滴的韦伯数或减小无量纲液膜厚度会加强热量传递.随着液滴韦伯数的增加,冲击引起的扰动增强,在动量和能量共同作用下,平均热流密度明显增大,撞击区冠状水花越明显.无量纲液膜厚度越小,平均热流密度越大,且有更长的时间保持高热流密度换热.     

高参数小管径内煤油的传热特性研究

本文对酸碱水洗煤油在高热流密度、高流速、高压、小直径圆管条件下进行了试验及理论研究,试验参数为热流密度q=0.8-50 MW/m2、亚临界压力p=2 MPa、超临界压力p=5,15 MPa、质量流速pw=8500-51000 kg/m2·s、圆管内径φ=1.7 mm。通过试验研究,获得了酸碱水洗煤油在亚临界及超临界压力条件下的传热特性、拟沸腾发生的界限条件以及传热恶化时的临界热流密度值及相关影响因素。在对试验结果分析的基础上,建立了临界热流密度关联式,计算结果与试验结果吻合良好。     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.     

矩形微槽道相变流阻的实验研究

以去离子水为工质,对高为2mm,宽分别为0.3mm、0.6mm、2mm的矩形微槽中的两相传热特性与流动阻力特性进行了实验与理论研究。实验结果表明,三种微槽的饱和沸腾传热系数随着热流密度的增加而增加,并对三种微槽传热系数随热流密度关系的实验数据进行了拟合,得出了实验条件下的传热系数与热流密度的关联式及相同热流密度或者质量流速下槽道尺寸对传热系数的影响;此外,矩形微槽道压降△p随着尺寸的减小而增大。     

双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性

采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴连续撞击恒定壁温壁面上的热液膜的流动和换热特性进行了数值模拟及分析,得到了双液滴撞击热液膜后形态演变的过程.分析了液滴垂直间距、撞击速度、液膜厚度以及液滴直径对双液滴撞击液膜后的流动与传热特性的影响,结果显示,壁面平均热流密度随液滴撞击速度的增大而增大,液滴垂直间距、液膜厚度和液滴直径对平均热流密度的影响较小,但会对热流密度在撞击区域和交界区的分布产生重要影响.     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

竖直圆管内超临界航空煤油传热特性实验研究

本文对超临界压力下航空煤油在圆管内(竖直向上流)的对流传热特性进行实验研究,讨论了入口温度及热流密度对于换热的影响规律;并对实验过程中出现的传热及流动不稳定现象进行了分析。结果表明:入口段的传热恶化仅在入口温度较低时发生。3 MPa压力下在高热流密度工况会发生传热恶化现象。传热及流动不稳定现象发生于低压力、低入口温度及高热流密度工况下;不稳定现象发生时伴随着外壁温的剧烈振荡,并发出连续而尖锐的声响。最后,选取Gnielinski公式进行Nu数的计算,与实验结果进行对比分析。     

平行细小槽道热沉的综合性能实验测试

为考察基于矩形平行细小槽道的压降及传热的综合性能,实验测试了去离子水流过三种不同截面尺寸的平行细小槽道热沉的流动与传热特性,槽道截面尺寸分别为1mm×1mm、0.5mm×1mm、0.5mm×1.2mm,表面热流密度为5.6~33.3W/cm2,工质流量为0.3~5L/min。实验测量了压降及对流换热系数随流量变化关系;综合分析了三种热沉的压降-温度随流量变化规律;得出了细小槽道热沉在给定流量范围内,表面温度为70℃时的极限热流密度。实验结果表明:随着流量增加,表面温度与压降呈相反变化趋势,存在一个最佳工况点,该工况点处的工质流量随热流密度增加而增大;文中所设计的热沉在工质流量为1.3~4.75L/min,表面温度控制在70℃时所能承受的极限热流密度为70W/cm2,此时压降约为170kPa。     

毛细管中液氮的沸腾传热特性实验研究

在本研究中,采用控制热流密度的方法对放置于毛细管中的细小加热丝在液氮中的传热特性进行了实验研究, 在实验中详细研究了毛细管直径尺寸d(0．24-3．8 mm)和位置倾角θ(0°-90°)对传热特性的影响．实验结果表明毛细管的直径尺寸和位置倾角对传热性能有很大的影响,在一定的范围内对传热具有强化作用。     

非饱和多孔介质内毛细驱动流动分析

将非饱和含湿多孔介质层内液体饱和度当量为无量纲的液层厚度,在多孔层内发生相变时其分布规律直观地反映相变传热能力从而预示临界热流(CHF)的发生.计算结果显示,多孔层中心处最容易出现干涸而导致CHF;残余饱和度和孔隙率越大,越不容易出现CHF;饱和度分布形状(液层形状)主要受输入热流密度和孔隙率的影响,热流越小、孔隙率越大就越平缓.     

通孔金属泡沫表面的池沸腾实验研究

本文对烧结有厚度为30 mm的高孔隙率通孔铜泡沫的水平表面的池沸腾进行实验研究.并采用高速摄像仪对泡沫表面的汽泡生长形貌进行了可视化研究,研究了壁面过热度对热流密度、汽泡脱离直径、汽泡生长周期的影响关系.结果表明由于本文所研究的通孔泡沫厚度较大,限制了汽泡的脱离,使传热性能低于光表面,但是使沸腾起始点降低至3℃.     

基于遗传算法的SOBER-SJ10池沸腾传热研究

基于遗传算法构建了沸腾过程中加热固壁一维瞬态导热反问题计算方法,采用具有精确解的半无限瞬态导热问题构造了一个校核算例,验证了该算法具有较高的准确度和抗干扰能力,能够准确反演计算沸腾传热瞬态热流密度。基于该算法分析了 SOBER-SJ10地面和空间实验中沸腾传热特性,结果表明微重力环境中单相传热被严重抑制,热流密度远小于地面数值;不同重力条件下核态沸腾传热曲线落在同一位置,显示出低热流密度时核态沸腾传热具有某种重力无关特征;但微重力条件下核态沸腾曲线起始于远低于地面的热流密度,同时在远比地面小的热流密度值时达到临界热流状态,并转变为过渡沸腾模式。     

R134a在水平管外降膜蒸发的实验研究

实验研究了不同热流密度不同液膜流量下,R134a在垂直布置的七根水平强化管外的降膜蒸发传热特性。结果表明:相同热流密度下在液膜流量较小阶段,管外传热系数随着液膜流量增加而明显增加;随着液膜流量的进一步增大,管1~3的管外传热系数保持不变,管4~7的管外传热系数先增大后减小。同时发现,液膜流量为0.159 kg·m~(-1)·s~(-1)时,随着热流密度的增大所有管的传热性能先增大后减小,并且转折点出现在较小的热流密度下;液膜流量为0.29 kg·m~(-1)·s~(-1)时,管1性能一直增强,管2~4的传热系数随热流密度增大先增大后减小,管5~7的传热系数一直减小,并且管1~4转折点出现在较大热流密度下。     

R290/R134a在水平微肋管中沸腾传热的数值模拟

为探究混合制冷剂R290/R134a(4/6)在水平微肋管中的沸腾传热特性,采用了CFD软件数值模拟的方法,对混合制冷剂R290/R134a(4/6)分别在外径为7 mm,长为500 mm的水平光滑管和微肋管中进行数值模拟与理论分析。分析了质量流量、热流密度,以及干度对混合制冷剂在水平微肋管中换热特性的影响。结果表明：两种管型的沸腾换热系数随质量流量、热流密度和干度的增大出现先增大后减小的趋势;热流密度对制冷剂沸腾换热系数的影响最大,在质量流量保持不变,改变热流密度的条件下,微肋管最大传热系数分别为光滑管的1.30、1.31、1.26倍;质量流量的增加提高了制冷剂的临界干度,光滑管与微肋管最大临界干度分别为0.57、0.63。     

厚度不均对纳米多孔镀层发热极限及熔毁失效的影响

采用纳米多孔膜可以实现新型的具有极高热流密度的薄液膜沸腾相变传热。在薄液膜沸腾的基础研究中,通过在纳米多孔膜表面加工纳米级别厚度的铂镀层实现加热和测温。通过扫描电镜观察,发现实验样品残骸表面有“河流”状形貌形成,结合元素分析推断铂镀层局部发生热熔。本文对铂镀层进行简化并建立电网络模型,计算并分析了铂镀层局部厚度不均对整体发热极限及熔毁失效的影响。分析结果表明,镀层厚度的不均,将会使镀层在达到极限热流密度后,极易出现“河流”状熔毁,使镀层永久失效;而厚度更加均匀的铂镀层,有助于获得更高的极限热流密度。