水平矩形槽道表面的沸腾传热

强化沸腾传热的加工表面力求性能优异,制造方便,易于推广使用。槽道表面满足这样的要求。鉴于以往的研究甚少,本文对水平矩形槽道表面的池沸腾传热进行了实验研究,探求几何因素的影响,整理出传热准则方程,寻求最佳槽道尺寸,并对强化机理作了初步的探索。 一、槽道表面的沸腾传热分析 同平表面沸腾一样,槽道表面的沸腾传热仍可分为自然对流,泡底微层液膜蒸发及汽、液交换传热等传输方式。因为汽泡受到槽壁的挤压只能紧贴壁面生长,而且沿槽道长     

液态金属软表面池沸腾传热的实验研究

池沸腾是一种高效的传热方式,目前主要通过刚性固体表面改性强化沸腾传热.本文以乙醇为工质,实验研究了光滑铜表面和液态金属软表面池沸腾传热.发现液态金属软表面可有效降低沸腾起始点(ONB)壁面过热度,饱和沸腾时, ONB壁面过热度从光滑铜表面的约18℃降低到软表面的约6℃,沸腾传热系数最大提高了149%.与光滑铜表面相比,液态金属软表面增加了汽泡核化穴数量,减小了汽泡尺寸,提高了汽泡脱离频率.观察到软表面弹性毛细波和汽泡射流现象.弹性毛细波增强了壁面热边界层热质传递.发现汽泡脱离过程中,汽泡尾部在液态金属薄层内形成残余核化穴,残余核化穴快速长大,与上升的大汽泡聚合,形成汽泡射流现象.弹性毛细波及汽泡射流解释了液态金属软表面强化池沸腾传热的机理.     

多孔表面几何因素对沸腾传热的影响

本文研究了不同多孔表面的沸腾传热特性.实验说明多孔表面的孔径有较大影响并存在最佳值.对槽内毛细液膜进行了理论分析。 利用多孔表面强化沸腾传热受到广泛的重视.Nakayama等提出了矩形槽道覆盖以多孔板的结构.槽道覆盖以多孔金属网作为热管的毛细芯已有较多的应用.然而槽的几何形状和覆盖层的开口尺寸的影响有待进一步深入的研究.     

超声波对池沸腾换热影响

对不同超声强度和辐射距离条件下过冷池沸腾换热特性进行了实验研究.超声波有效强化了沸腾起始段换热,对高热流密度沸腾传热也有一定的强化作用.超声辐射距离越近,强度越大,强化传热效果越好.对单相对流和沸腾起始区传热,超声波强化传热机理为空化作用;高热流密度沸腾时超声波对强化传热的主要机理是声流作用.得到了传热实验关联式.     

混合润湿性柱状纳米结构对铜板上纳米氩膜沸腾传热的影响

混合润湿性对固/液相互作用有显著影响,因此对提高相变过程中的传热速率有积极作用.采用分子动力学模拟方法研究了柱状纳米结构表面混合润湿性对池沸腾传热的影响.分析了混合润湿性和纳米结构柱高对液体起始沸腾时间和温度的影响及其机理.结果表明,疏水比例和柱高会影响爆沸的起始温度和时间.与纯亲水壁相比,增加疏水比改变了固液界面性质,可以降低沸腾温度,更容易突破势能壁垒,使液体起始沸腾时间提前,并且随着疏水比的增加,不同柱高下的沸腾温度降低;当疏水比相同时,增加柱高扩大了混合润湿性的影响,也能降低沸腾起始温度并使液体起始沸腾时间提前.这为设计微纳粗糙结构和混合润湿表面以强化沸腾传热提供了思路.     

二氧化钛纳米管修饰表面池沸腾传热特性

本文以TiO₂纳米管阵列修饰表面为沸腾传热界面,以去离子超纯水为沸腾工质,研究纳米管的管径尺寸对池沸腾效果的影响,以及在沸腾过程中材料表面润湿性能的变化对传热特性的影响。在实验设计的热流密度范围内,第一次沸腾会使样品表面的润湿性增加,并随着沸腾时间的增加而增加,最终趋于稳定;但在实验中并未观察到润湿性对沸腾传热效果有明显影响。总体来说,随着纳米管直径尺度渐大时,沸腾传热强化效果逐渐增大。     

机械加工表面多孔管的池沸腾传热试验

对自制~+的机械加工表面多孔管以蒸汽-水为介质进行了敞口池沸腾传热试验,试验装置可以直观地显示表面多孔管传热之高效性,在试验的管型和热负荷范围内,最佳者能把沸腾温差缩小到只为光滑管的1/7左右。     

机械加工多孔层在大气压和高于大气压时的沸腾换热

1引言在过去的二十年中，已研制出诸如HighFI。、Thermoexcel－E、Ge、－T、CIT等多种高性能强化沸腾换热结构［‘－’］，其中ThermoexcelE型结构是机械加工多孔层中有代表性的一种，并进行了较多研究＊‘］。但迄今为止，研究工作多限于一个大气压时的沸腾工况［‘，’］，而较少涉及非大气压时的情形。本文对一种ThermoexcelE型机械加工多孔层在大气压和高于大气压时的沸腾传热进行了实验，提出了简化物理模型，进行了流动与传热分析，综合实验数据，建立了相应的传热关联式。2实验研究实验装置参见文献＊。多孔层基体为厚壁紫铜管…     

热激励下碳纳米管与水混合体系传质传热的分子动力学模拟

爆发沸腾换热和纳米流体传热具有很重要的理论和实用意义.但由于爆发沸腾传热过程中,液体内部空间温度梯度大,相变速度快,表现出一定的特殊性,纳米流体传热对其传热过程机理的研究,往往需要在实验条件难以实现的空间和时间极限下,充分研究液相和气相内部的温度、压力和运动状态及其空间分布.采用分子动力学的方法,通过对比研究纯水和碳纳米管/水混合体系爆发沸腾过程,对两种体系密度分布、温度场和应力场研究和对比分析,揭示碳纳米管/水混合体系的强化换热机理,探究碳纳米管对混合体系爆发沸腾换热和纳米流体传热的促进作用.     

周向间断T型肋槽管在大气压及高于大气压下的沸腾传热

一、引言 GEWA-T管是一种强化沸腾的高效传热管,但在高热负荷时,其性能下降,有待改进。本文将周向GEWA-T管与轴向矩形直槽管这两种表面结构加以复合,提出一种周向间断T型肋槽的多孔层结构;在大气压及高于大气压下,对这种多孔管进行沸腾传热实验和分析,以完善和发展多孔管强化沸腾传热的研究,并提供工程应用。     

流态化固体颗粒对对流沸腾传热的强化

在对流沸腾系统中引入固体颗粒,固体颗粒在液体中呈流态化,从而形成气液固三相对流沸腾过程。对气液固三相流对流沸腾过程的传热特性进行了实验研究,结果表明流态化固体颗粒对液体的对流沸腾传热具有显著的强化作用。基于固体颗粒撞击沸腾气泡时的受力分析,获得了固体颗粒穿透气泡并使气泡破碎的条件,分析了流态化固体颗粒强化沸腾传热的机理。实验结果与理论分析符合良好。     

浮升力和流动加速对超临界CO2管内流动传热影响

基于单相流体的概念,超临界流体的异常传热行为已经被研究很多年了,但是关于其流动传热机理仍没有统一的认识.本文通过理论分析和实验研究了超临界二氧化碳在竖直管内向上流动过程中,浮升力和流动加速效应对其流动结构和传热过程的影响.结果表明,没有确凿的实验证据表明超临界流体的异常传热行为是浮升力和流动加速直接导致的,存在的估计浮升力和流动加速效应准则均是在常物性流体的基础上,做了大量假设得出的,不同的研究者采用浮升力和流动加速准则分析超临界流体的传热恶化得出的结论不一致.最后,基于拟沸腾理论分析超临界流体的传热恶化过程,提出超临界沸腾数区分了超临界流体正常传热与恶化传热的转换边界,为超临界流体流动传热研究提供新思路,超临界沸腾数对建立用于不同技术的超临界流体动力循环的最佳运行条件具有重要意义.     

竖直微槽道内EHD强化饱和沸腾传热研究

针对微槽内饱和沸腾汽泡建立了简化模型,并利用COMSOL Mu ltiphysics软件对电场中汽泡动力学特性进行了数值模拟,分析了微槽道内EHD(electrohydro dynam ics)强化沸腾传热机理。实验以去离子水为工质,研究了外加直流电场下两种规格的矩形微细槽道内饱和沸腾传热强化特性,电压在0~28kV内,EHD技术对微细槽道内的饱和沸腾传热有明显的强化效果。     

毛细微槽内的相变传热的实验研究

本文对矩形毛细微槽竖直板的相变传热特性进行了实验研究。结果表明毛细微槽对相变换热具有很大的促进作用。当壁面过热度较小时,相变换热形式主要是三相接触线附近的蒸发换热机制。而当过热度较大时,微槽内发生剧烈的沸腾。微槽内相变换热的临界热负荷有两种产生机理:其一是当微槽长度较大时微槽内由于流动阻力而产生的液体输运临界;另一机理是当微槽长度较小时的池内沸腾临界现象,亦即由动态微液层模型决定的临界机理。实验还得到了微槽强化传热的最佳优化尺寸。     

微纳耦合表面池沸腾强化传热的实验研究

以去离子水为工质,拟在钛板表面利用线切割进行微槽处理,采用阳极氧化法制备出二氧化钛纳米管阵列的微纳耦合表面,研究该表面的强化沸腾传热性能.通过场发射扫描电镜表征其微观结构形貌,利用接触角测量仪检测表面的静态接触角.结果表明,与光板相比,微槽结构增大了传热表面,规整的纳米管阵列具有亲水特性,接触角明显减小,微纳耦合表面的传热系数和临界热流密度分别达到了15.5 kW·m~(-2)·℃~(-1)和420.1 kW·m~(-2),分别提高了158.3%和50%,结合实验现象及机理分析可知,微纳耦合表面的微通道结构为气泡继续生长提供了支撑,有效避免了换热壁面被合并的大气泡完全覆盖;过热度达到一定温度后,更小的活化中心被激活,过热度随着热流密度的上升出现下降的趋势。微纳耦合表面对池沸腾具有强化作用。     

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.     

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。     

常压下液氮窄缝池沸腾实验研究

采用玻璃钢 (FRP)制成的矩形窄缝 ,对三种不同的间隙尺寸 ,分加热面与水平面呈 0°,4 5°,90°,135°,180°五种角度 ,以液氮为工质进行了 15组池沸腾实验。得出结论 :液氮在窄缝中的沸腾传热有明显的强化换热效果 ;加热面所处角度不同 ,在相同热负荷下壁面过热度亦不同 ,滑移汽泡和微液膜蒸发机理在通道中发挥的作用也相应不同。该研究对于有限空间传热强化的机理和实际应用都有一定的参考价值和指导意义。     

采用抑泡孔板的沸腾传热

液体沸腾时泡底微层液膜的导热蒸发热阻低,在一定热流密度范围内,采取措施适当延迟汽泡的脱离就可能强化沸腾传热。本文据此提出了一种强化核沸腾传热的新方法——抑泡孔板法,并对采用抑泡孔板的池沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,采用抑泡孔板可以使沸腾传热系数增加几倍乃至十几倍。同时也得到了采用抑泡孔板时沸腾传热的准则方程式和最佳板距的准则方程式。     

可变形表面池沸腾换热特性研究

微纳米结构表面是目前池沸腾强化换热的研究热点。但常规材料制备的换热表面在加工成型后无法改变几何结构,不能很好地适应发热器件的热负荷变化,而由形状记忆合金制成的可变形表面能够随着热流密度的变化改变几何形状,实现发热体表面温度的自适应热控制。基于上述思想,本文制备了四种疏水表面结构,研究对比了绝对压力为28 kPa下水在可变形表面与固定式表面之间的沸腾换热特性,并将实验结果与目前常用的实验关联式进行了对比,发现现有的关联式不能很好地预测可变形表面的实验结果,需要发展新的沸腾换热机理和理论公式。