高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0～15.0MPa;质量流速2500～4000kg/m2s;壁面热流密度200～1000kW/m2;实验段为Φ14的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析.     

螺旋管内高压汽水两相流动沸腾干涸点的研究

在较宽的实验参数范围内(系统压力P=8～15 MPa,质量流速G=800～1800 kg·m~(-2)·s~(-1),壁面热流密度q_w=200～950 kW·m~(-2))对一立式螺旋管内(管内径为10 mm,螺旋直径为300 mm,节距为50 mm)汽水两相流动沸腾干涸特性进行了实验研究。通过研究,获得了干涸发生时螺旋管圈壁温的分布特征以及压力、质量流速和壁面热流密度这三个参数对临界干度的影响规律。同时在实验数据的基础上,提出了一个适用于计算螺旋管内高压高含汽率工况下汽水两相流临界干度的经验关系式。     

R134a卧式螺旋管内沸腾流型与阻力特性实验研究

在蒸发温度为5～15℃,热流密度范围为5～20 kW·m~(-2),工质质量流速变化范围为50～500kg·m~(-2)·s~(-1)和干度范围为0.01～0.9的条件下,对R134a在卧式螺旋管内的流动沸腾流型及阻力特性进行了实验研究。利用可视化技术对R134a在卧式螺旋管内的流动沸腾流型进行了观察分析,发现了两种新流型,对卧式螺旋管的上升段和下降段分别建立了流型图。获得了阻力特性的基础数据,通过对实验数据回归分析,发展了摩擦阻力系数计算关联式。     

超声作用下不同粗糙度表面沸腾换热实验研究

本文以水为工质,不同粗糙度平板作为加热壁面,对有无超声波作用下的过冷池沸腾换热特性进行了实验研究。结果表明:有超声波辐射时,自然对流及沸腾起始阶段强化作用较强,有效消除了光滑加热面上形成的壁温过冲现象;在高热流密度段超声波对沸腾传热影响很小,一定声强下光滑表面沸腾传热甚至出现了阻碍作用。     

液体过冷度对沸腾换热中汽泡合并及传热的影响

本文对三种过冷度下,微尺度加热片阵列上的沸腾换热现象做了实验研究,实验采用两组核化点,每个核化点包含12个大小约为0.1 mm×0.1 mm的微型加热片。利用高速摄像技术从汽泡的底部对汽泡生长及合并现象进行观测,并用高速数据采集系统同步记录不同加热片热流密度.实验探究了不同过冷度下的汽泡合并现象,以及对应的汽泡直径变化规律、汽泡脱离频率和热流密度曲线。文章分析了不同的合并现象并探究了过冷度对沸腾传热的影响。     

过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的实验研究

本文报告了使用Ｒ－１２作工质进行的自然循环过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的实验结果。实验过程中使用可视化方法观察确定过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点。在相当宽广的工质压力、入口过冷度及加热功率范围内研究了上述参数对过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的影响,在此基础上提出了计算自然循环过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的计算方法。     

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.     

微通道过冷沸腾实验研究

设计并搭建了以R134a为工质的微通道散热及可视化实验台。对R134a在不同饱和温度、流速、热流密度条件下流经微通道产生过冷沸腾状态时的换热性能进行了实验研究。研究了壁面过热度,质量流速对热沉换热系数和压降的影响,通过结果分析,将整得换热区域分为单相对流、过冷沸腾、饱和沸腾三个区域。并采用基于高速摄像机的可视化技术对微通道内气泡运动状态进行了分析。     

不锈钢棒材形状对淬冷沸腾的影响研究

对平底和圆底两种不同形状不锈钢圆柱棒在不同过冷度下的淬冷沸腾进行了可视化实验研究。结合导热反问题实验方法处理,对比分析了棒材形状和过冷度对淬冷沸腾过程气膜演变和最小膜态沸腾温度的影响,结果表明：相对于平底,圆底棒材底部圆滑使气膜不易破裂,延长了淬冷沸腾的时间;随着过冷度的增加,壁面冷却速率增大,膜态沸腾时间缩短,最小膜态沸腾温度升高,临界热流密度增大,促进了淬冷沸腾的进行。最终建立了最小膜态沸腾温度与过冷度的关系式。     

螺旋管内超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm曲率为0.057的螺旋管内进行了超临界氮的对流换热实验,研究探讨了螺旋管入口温度、壁面热流密度对沿程壁面温度分布以及平均换热系数的影响,与前人关于螺旋管内常规流体流动换热的平均Nu的经验关系式进行了比较。并基于FLUENT软件进行了数值计算,并与实验结果进行了比较。分析表明,数值计算对壁面温度的预测有一定的适用性。     

亚临界压力区垂直上升管内传热特性实验研究

本文开展了亚临界压力下垂直上升内螺纹管中水的传热特性的实验研究,并与对应条件下光管内水的传热特性进行了对比、分析.结果发现:内螺纹管和光管中两相饱和流动沸腾换热随热流密度的增加或压力的升高而增大,基本不随质量流速的变化而变化;相同工况下内螺纹管的饱和沸腾换热系数大约为光管的1.1～1.2倍。内螺纹管和光管的过冷沸腾起始干度都随质量流速的减小或者压力的升高或者热流密度的增大而增大;在相同工况下本文实验内螺纹管中的过冷沸腾起始干度比光管中的要小至少0.2。光管中主要发生偏离核态沸腾(DNB),临界干度随热流密度的减小或质量流速的增加或压力的降低而增大;内螺纹管中主要发生烧干,运行参数对临界干度的影响不大。     

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。     

亲疏水表面换热性能及其沸腾现象的微细化研究

本实验提出了复合方柱微结构的亲疏水强化换热表面,并对其在FC-72工质中的池沸腾换热进行研究。实验采用光滑芯片和方柱微结构高效换热PF30-60芯片作为对比组,通过使用装有显微镜头的高速摄像机对微细化沸腾现象进行捕捉。实验及分析结果表明:亲疏水表面芯片可有效提高沸腾的临界热流密度,降低沸腾起始点对应的壁面过热度,同时在相同热流密度下其壁面温度较PF30-60降低6～9 K;由于微结构区域提供数目可观的汽化核心,不断生长滑移的汽泡被困在光滑亲水通道,在亲水面及两侧微结构作用下加速汽泡的生长合并与脱离,因此沸腾换热效果得到显著提高。     

竖直矩形窄缝通道过冷流动沸腾的实验研究

本文以去离子水为实验工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷流动沸腾的气泡特性进行了实验研究。通过可视化实验分析发现,汽化核心密度主要受壁面过热度影响,气泡脱离直径受壁面过热度、主流过冷度以及质量流速影响。拟合了汽化核心密度和气泡脱离直径的经验关系式,预测结果与实验值误差较小。     

HFE-7100平行微通道流动沸腾实验

微通道流动沸腾冷却技术兼具相变潜热和微尺度效应的诸多优点,是解决微电子器件热致失效问题的重要方法之一. HFE-7100是一种安全环保的电子氟化液,特别适用于微电子器件的冷却.本文在水力直径为0.5 mm的矩形平行微通道内,对HFE-7100的流动沸腾传热和两相流动特性进行了实验研究,测量范围为常压下质量流率88.9—277.8 kg·m^–2·s^–1、入口过冷度20.5—35.5℃和有效热流密度12—279 kW·m^–2.本文分析了质量流率、入口过冷度、有效热流密度和干度对传热系数和压降的影响,发现在较低的入口过冷度下HFE-7100出现了沸腾迟滞现象,且增大入口过冷度和质量流率会延缓沸腾起始点的发生,且会提高传热系数和临界热流密度.两相压降受有效热流密度影响较大,且在定干度下不同质量流率的两相压降在塞状流和环状流阶段有明显差异.同时,通过观测两相流型,对流动沸腾传热现象进行了分析.本文还将两相压降实验数据与文献关联式预测值进行了对比,与Lockhart提出的关联式预测值偏差为19.6%.本文研究结果可为微电子器件散热设...     

核态沸腾中汽泡动力学及传热机理分析

汽泡的传热及生长特性研究对于揭示核态沸腾的机理具有重要作用。本文介绍了利用高速摄像技术对核态沸腾中汽泡生长及运动现象进行实验观测,并用高速数据采集系统记录汽泡一个生长周期不同阶段的热流密度的方法。在不同的过冷度及壁面温度条件下,观测了汽泡的生长、周期性滑移、颈化和脱离现象。计算并绘制出不同条件下一个汽泡生长周期内的热流密度曲线,与汽泡图片相对应,分析并讨论了造成这些现象的机理。     

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。     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。     

自然循环回路内芯片的强化沸腾换热研究

针对电子器件的高效冷却问题,对自然循环回路系统内表面加工有方柱形微结构的硅片上FC-72的强化沸腾换热性能进行了实验研究.测试了两个芯片,其表面上的方柱形微结构的边长均为30μm,但高度分别为60 μm和200 μm.沸腾介质的过冷度设为10 K、25 K和35 K.随着壁面过热度的增加,微结构表面芯片上的热流密度急剧增加且临界热流密度时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的临界上限温度85℃,这与其在池沸腾换热中的特点一样.但临界热流密度值与池沸腾情况相比有所降低.     

高温壁面液体射流冲击瞬态沸腾传热的实验研究

以水作为冷却介质,对高温壁面在射流冲击淬冷时的瞬态换热特性进行了实验研究,获得了介质在不同过冷度、不同射流速度下的完整沸腾曲线。实验结果表明。无论是增大工质过冷度还是提高射流速度,总会使得热壁面的冷却速率加大。在一定的过冷度和射流速度下壁温变化呈现快－慢－快的特点。临界热流密度随平均壁温变化率的增大而增大,二者之间存在线性关系．