低温混合工质池核沸腾换热研究

随着 J- T(焦耳汤姆逊效应 )节流制冷机的发展 ,需要对混合工质进一步研究。文中介绍了几种主要的沸腾换热机理 ,指出沸腾换热研究的难点和发展方向 ;并分析了混合工质沸腾换热系数低于相应纯质的原因 ;最后列举了几种通用的混合工质沸腾换热关联式     

甲烷的池内核态沸腾传热研究

本文针对0.15 MPa、0.2 MPa以及0.3 MPa三个压力下甲烷的池内核态沸腾进行了系统实验研究,得到了相应的甲烷核态沸腾传热数据,并将实验结果和现有的核态沸腾传热关联式进行对比,分析各个关联式对甲烷沸腾数据的拟合偏差和影响因素,结果表明McNelly和Labuntsov关联式的拟合结果最好,偏差均在5%以内。同时所有由制冷剂数据得到的沸腾关联式均可较好的拟合出甲烷沸腾换热系数的变化趋势,除Nishikawa关联式外其余偏差均小于30%,而对于Nishikawa关联式,仅仅改变其常数项即可得到较好的拟合结果。从传热关联式的拟合情况来看,甲烷与常规制冷剂的沸腾传热特性没有本质差异。     

用强化构造强化沸腾传热的实验及可视化研究

重点研究的是水和乙醇在放置了强化元件的光滑铜表面上的池核沸腾传热性能。该强化元件对部分加热表面上方的空间进行限制,使液体存在的空间就被分为交替存在的受限空间和自由空间。本研究中所探讨的主要参数是热通量(13～400 kW/m~2)和受限空间尺度(0.2 mm,0.5 mm,无限制结构)。实验结果表明,对水和乙醇而言,这样的强化元件都可获得良好的沸腾传热特性.可视化结果表明,几乎所有有效核化区域都在受限空间内,即使在高过热度下自由空间内也很少出现有效核化点。     

二元混合工质HFC23/CFC13池核沸腾传热的实验研究

实验测量了二元混合工质HFC23/CFC13池核沸腾传热特性。加热面为紫铜表面,实验测量的压力范围为0.1~0.55 MPa,热流范围为10 kW/m2~300 kW/m2。实验数据同现有经验关联式的计算结果相比较,发现Fu jita andTsutsu i关联式和Thom e and Shak ir关联式对混合工质HFC23/CFC13的传热系数预测较准确,预测值与实验值之差≤±20%。     

微尺度水平单管内流动沸腾特性实验研究

对非共沸混合工质R134a/R32(75/25)在水平微尺度管道内的流动沸腾换热实验结果进行了分析和讨论,以探究微细通道内流动沸腾换热的主导机制。对影响其换热的多种因素(热流密度、质量流量和质量干度)进行了分析,实验得出,当质量干度较低时,热流密度和质量流量共同控制着微尺度管内的换热方式,当热流密度的影响占主导地位时,管道内的换热以核态沸腾为主;当质量流量的影响占主导地位时,管道内的换热以强制对流为主。     

微重力池沸腾传热实验研究

本文实验研究了平板加热面FC-72液体的准稳态池沸腾传热现象,利用地面常重力实验、SJ-8卫星搭载微重力实验等手段,分析了不同重力、压力及过冷度条件下平板加热面上的池沸腾传热特性.微重力条件下,相近压力或过冷度时,传热系数和CHF随过冷度或压力增大而增大.相对常重力,传热曲线明显变缓,沸腾起始时的壁面过热度降低,CHF仅为常重力的40%或更低.     

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。     

沸腾传热基础理论的拓展

本文分析了传统沸腾传热学的研究思路和方法,指出自１９３４年以来的沸腾传热学的研究建立在平均化和线性化的基础上,由此为发展的核态沸腾传热理论和临界热负荷模型在当前都遇到了很大的困难。综述了我们对沸腾传热学新的认识及最新进展,特别是非线性科学与沸腾传热学结合使沸腾传热学的研究焕然一新。     

沸腾-凝结面间距对沸腾凝结共存相变传热规律的影响

给出了在低热流密度下沸腾-凝结面间距(相变腔高度)对沸腾凝结共存相变传热规律影响的实验研究结果。沸腾工质为去离子水,相变腔由水平朝上且具有薄膜延展面的紫铜沸腾面、抛光且朝下的冷凝面以及玻璃管侧壁面组成。高度为48 mm的相变腔对应充液高度分别为10 mm、14 mm、18 mm、22 mm、26 mm、30 mm和34 mm;高度为18 mm的相变腔对应充液高度分别为6 mm、8 mm、10 mm和12 mm。实验观察和测试结果表明,在所给定的有限空间范围内沸腾和凝结之间存在明显的相互作用,沸腾和凝结之间的这种相互作用及程度是引起传热变化的主要原因。随着液面高度的增加,沸腾和凝结表面传热系数均先增加后减小,同时,在本文研究所涉及的范围内,均存在一个使沸腾和凝结表面传热系数最大的充液高度,这说明沸腾-凝结面距离对沸腾凝结共存相变传热规律的影响具有一定的普遍性。     

多孔表面开槽影响池沸腾传热的实验研究

本文报道了开槽密度对R11在烧结多孔表面池沸腾换热性能影响的实验研究。观察发现,多孔表面开槽,让蒸汽从槽道逸出、液体从多孔区吸入到受热面,将增强池沸腾换热。沸腾特征可分为液体灌注、槽道起泡、底部蒸干三个区。对特定的多孔层,合理开槽可获得较好的换热效果。带槽道的多孔表面实验件与均匀多孔表面相比,在相同壁面过热度条件下,热流密度提高2～10倍,临界热流密度提高2～4倍。     

NUCLEATE POOL BOILING HEAT TRANSFER OF BINARY MIXTURES WITH DIFFERENT BOILING RANGES

The nucleate pool boiling heat transfer data on a smooth flat surface were measured for three binary mixtures of HC600a/HFC134a, HC600a/HC290, and HC600a/HFC23. Much effort was made to investigate the influence of the boiling range on the pool-boiling heat transfer performance. From the experimental results, the HC600a/HFC23 mixture with a wide boiling range showed lower heat transfer coefficients (HTCs) than the mixture with a narrow boiling range such as HC600a/HFC134a and HC600a/HC290 systems. The measured data were also compared with the results predicted by five well-known correlations. It can be found that the average deviation is less than 25% for mixtures with narrow boiling ranges, but a larger deviation for mixtures with wide boiling ranges.     

微重力池沸腾现象中的临界热流密度

本文利用我国第22颗返回式卫星实验研究了微重力条件下池沸腾临界热流现象,发现基于流体动力学不稳定性机制的LD-Zuber模型可以很好地预测不同重力条件下的池沸腾临界热流变化趋势,尽管热丝无量纲半径比该模型的适用范围扩大了3～4个数量级.这和地面常重力环境中关于临界热流尺度效应的研究结果有很大差异,表明在Bond数很小时,热丝无量纲半径已不再是描述临界热流尺度效应的唯一参数.此外,本文提出了"极限核化尺寸"的概念,来解释了不同条件下临界热流的变化特征.     

氨水混合工质的池内核沸腾换热

对非共沸氨水混合工质的池内核沸腾换热系数在氨浓度为0～100％的范围内进行了测定,并对氨水混合工质的沸腾传热特性进行了分析。利用氨水混合工质独特的热物性,比较了Stephan-Korner,Schlunder和Inoue的双组分混合工质预测关联式,并得出了预测氨水混合工质的池内沸腾换热系数的关联式,其预测精度为±35％。     

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.     

ENHANCED POOL BOILING HEAT TRANSFER WITH SURFACE ATTACHMENT

Abstract

A pool boiling experiment with either water or Freon-113 was conducted to investigate nucleate boiling from a heated wall with either a spherical or a cylindrical attachment. The result revealed that nucleate boiling can be enhanced by applying a horizontal cylindrical attachment to a vertical heated wall, owing to the favorable thermal environment characterized by a small-gradient liquid temperature profile within the restricted regions between the attachment and the heated wait. Nucleate boiling is enhanced in terms of a lower wall superheat required for incipient boiling and more bubbles generated than from an open heated wall. As a result of the enhanced nucleate boiling, heal transfer of the vertical heated wall above the attachment was improved due to excessive bubbles moving upward along the heated wall, causing removal of the thermal layer near the wall and evaporation of the thin liquid film between the bubbles and the wall. The boiling curve hysteresis with Freon-113 was significantly reduced as a result. The effects of diameter, length and surface roughness of the cylindrical attachment were also investigated.     

双组分混合物沸腾换热的理论研究

本文利用动态微液层模型对双组分混合物的沸腾换热现象进行了理论预测。本模型认为沸腾换热的机理主要是由于在气泡的周期生长过程中所形成微液层的蒸发。模型中考虑了气泡生长过程中液体传质的影响,给出了气泡生长过程中传热面上气-液-固接触的动态构造,计算结果与实验结果能够较好的符合。     

水平管内环状流动核态沸腾换热模型

本文在已有的池和外掠平板核态沸腾机理研究的基础上,提出了系统的水平管内饱和流 动核态沸腾理论,建立了水平管内环状流下流动核态沸腾换热的组合模型,并对该模型进行了简化 和数值求解。最后,将计算结果与ＨＦＣ－１３４ａ实验数据进行了比较;结果表明二者一致性较好。     

NUCLEATE POOL BOILING UNDER DC ELECTRIC FIELD

This article deals with an experimental study of the influence of a DC uniform electric field on the nucleate boiling heat transfer. Electrohydrodynamic (EHD) effects on heat transfer coefficients for dielectric liquids are quantitatively investigated by performing experiments on various liquids with different properties. In these experiments, n-pentane, R-113, and R-123 are used as working fluids and the boiling phenomenon takes place on a horizontal plane copper surface. The experimental results have shown: (1) a threefold increase of nucleate pool boiling heat transfer coefficients, (2) a threefold increase of the critical heat flux (CHF), and (3) the disappearance of the hysteresis phenomenon. For nucleate pool boiling and CHF regimes, heat transfer laws based on dimensionless numbers are proposed. The results obtained by the proposed EHD model are in good agreement with the experimental results.     

添加有TiO2纳米颗粒的R11池沸腾换热研究

对添加有TiO2纳米颗粒的制冷剂R11在外径为22.4mm紫铜管外的池沸腾换热特性进行了实验研究.池沸腾饱和温度为35℃和40℃,纳米颗粒悬浮液的浓度为0.01g/l和0.05g/l.对铜管圆周上、下、前、后四个部位的局部换热情况进行了测量和可视化观察以及相应的粗糙度检测分析.结果发现,纳米颗粒的添加基本使管上部粗糙度降低,传热弱化,而使下部粗糙度增加,传热强化.就整体换热而言,40℃的强化换热效果好于30℃,0.01g/l的强化换热效果好于0.05g/l.