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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高热流条件下过冷沸腾CHF试验及神经网络预测研究

本文试验研究了10～15 MW/m²高热流条件下过冷水流动沸腾的临界热流密度(CHF),并聚焦其预测方法。分析了热力学干度、质量流速和压力等参数对过冷沸腾CHF的影响。结果表明,随着热力学干度的增加,CHF近似线性降低。CHF随着质量流速增加而增加,但当靠近饱和点时,增加趋势逐渐减弱。在本文试验数据的基础上,搜集了文献中公开的实验数据,构建了高热流过冷沸腾CHF数据集(共709组),采用经验关联式和神经网络模型两种方法进行了预测,并定量评估了7个经验关联式和3个神经网络模型(BP,GA-BP和MEA-BP)的预测性能。结果显示,神经网络算法的预测性能相较于传统关联式有显著提升,其中,MEA-BP神经网络的预测效果最优,其平均绝对误差为15.61%,均方根误差为21.56%。     

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。     

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.     

沸腾换热及临界热流的动态微液层模型

对于水平面上的池内饱和沸腾传热机理,本文提出了一种新的微液层理论模型。与以前的理论模型不同的是,微液层模型给出了传热面上气-液-固接触的动态构造。饱和沸腾换热的主要机理在于动态微液膜的蒸发并与单个气泡的动力学过程密切相关。该模型能很好地预测充分发展的核沸腾换热曲线。由沸腾曲线上的极大值而很自然地导出临界热负荷。理论计算结果和已有的实验的结果相当吻合。     

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。     

窄缝通道中液氮的沸腾传热研究:第二部分:窄缝通道尺寸对液氮临界热流密度(CHF)的影响

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.系统研究了窄缝的方位倾角和窄缝的几何尺寸对临界热流密度的影响,同时对液氮的膜态沸腾进行了研究.     

低温流体在多孔表面的池沸腾研究综述

低温流体尤其是液氮在航天、电子冷却、低温生物医疗与超导磁体与电缆等领域有着广泛的应用.文中对光滑与多孔表面上的流体核态沸腾换热与临界热流密度的研究进行了归纳；总结了低温流体池沸腾的研究现状；比较了低温流体与常见制冷剂以及水在物性上的主要差异；综合分析了加热表面材料、多孔层厚度、孔隙率、烧结颗粒直径、平均孔隙直径与压力等...     

超疏水纳米结构表面池沸腾特性

本文通过采用物理气相沉积法于TiO2纳米管阵列表面修饰一层聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒,得到超疏水表面,并研究此超疏水纳米结构表面的池沸腾特性.研究表明,超疏水纳米结构表面沸腾特性类似于膜沸腾,沸腾工质难以浸润该表面,其沸腾传热系数及临界热流密度均较低.分析表明,固液处于Cassie-Baxter接触状态,纳米结构表...     

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。     

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。     

微槽道纳米流体饱和沸腾CHF特性研究

以水和三种不同质量分数(0.2%、0.5%和1.0%)的Al2O3纳米流体作为实验工质,在三种不同尺寸微槽道中进行饱和沸腾传热实验,研究沸腾传热过程中临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)的变化特性。主要分析了微通道水力半径、纳米流体浓度、进口过冷度和临界热力学干度等因素对CHF的影响。实验结果发现:在水力半径较小的槽道内CHF发生得比较早;CHF随纳米流体浓度的增大而增大;CHF随进口过冷度增大有细微增大的趋势;CHF随临界热力学干度的增大而减小。文中还将实验结果与现有的、工况条件与本实验相近的理论模型进行了拟合比较,发现理论模型能较好预测本实验。     

纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾的实验研究

本文对纳米颗粒悬浮液在平壁面上池内沸腾进行了实验研究。实验用的纳米粒子为26 nm的铁粉和13 nm的三氧化二铝纳米粉末,基液为去离子水。分别配成体积浓度为0．1％, 1％和2％的悬浮液。实验结果表明,纳米悬浮颗粒对液体沸腾换热过程的影响会随着纳米颗粒性质,颗粒浓度及热流密度大小的不同而出现不同的效果;加入纳米颗粒后, 对基液沸腾换热的影响存在着两个相反的作用机制,它们分别为:纳米颗粒增强了液体内部的热量迁移能力(热物性的影响)和改变了加热面的表面结构特性(加热面特性的影响)。     

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.     

多孔表面的液氮池沸腾实验研究

文中对颗粒烧结多孔表面和泡沫金属多孔表面上的液氮池沸腾换热特性进行了实验研究,并与光滑铜表面的试验结果进行了比较。结果表明,多孔表面成核条件更好,使得沸腾起始点相对于光滑表面提早;随着热流密度逐渐增大,气泡增多,且在多孔层内部连成一片,加热表面气泡离开受到多孔层的限制,热阻增加,换热系数大幅降低,整个沸腾进入表面沸腾阶段;多孔结构所产生的毛细抽力不断补充冷却流体,使表面沸腾能够持续较长时间,实验中未观测到临界热流密度现象。在实验基础上,文中描述了多孔表面不同池沸腾换热阶段的主要换热机理,并分析了流体工质、多孔层厚度、渗透系数、孔隙率等参数对多孔表面池沸腾换热的影响。