狭窄加热表面上核态沸腾中汽泡合并特性的实验研究

狭窄表面的沸腾可以减少沸腾汽泡在观测方向上的干扰,有利于更清晰地研究汽泡生长和合并特性。为探究沸腾过程中汽泡的合并,本文基于常规机械加工的狭窄加热表面,通过高速摄像机完整记录了加热表面上汽泡的生长,合并和脱离过程,并分析了汽化核心间距,汽泡脱离直径对汽泡合并的影响。通过对近壁面处沸腾动态图像的观察,观测到了汽泡合并的不同特性。当沸腾过程中热流密度较低时,近壁面处只发生汽泡水平和倾斜合并,并常常同时存在。而竖直方向上的汽泡合并仅发生在热流密度相对较高时,且常伴随着水平和倾斜方向的合并。相邻汽泡间的合并现象常通过汽泡中心距与合并汽泡脱离直径间的关系来衡量。本实验结果表明,相邻汽化核心上的汽泡发生合并时,汽泡中心距与汽泡脱离直径满足S/D1.5。同时,相较于粗糙表面,光滑表面的S/D变化范围较小,且平均值有减小趋势。这一结果有助于进一步研究表面结构对汽泡合并的影响。     

单个汽泡周围的电场数值研究

为明晰电场对汽—液两相系统的效应,本文针对均匀电场作用下的汽液两相流中附着于壁面的单个汽泡,建立了数学模型,考虑了汽泡的存在对电场分布的影响。通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下汽泡周围及其内部的电势及电场分布的数值解。这为进一步研究 EHD 作用下的两相系统中汽泡的行为,揭示 EHD强化沸腾换热机理奠定了基础。     

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.     

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     

液滴碰撞对液膜内汽泡运动与换热影响

采用数值模拟的方法,研究了沸腾雾化喷射过程中热壁面薄液膜层受到液滴碰撞扰动时液膜层内汽泡运动,相界面变化和由此引起的壁面换热特性.模拟结果显示汽泡生长初期相界面变化与液膜层内二次核化特征与文献结果吻合良好,汽泡生长后期相界面变化存在滞后.讨论了液滴下降速度.液滴直径与初始位置,多液滴碰撞对液膜层内流动与壁面换热的影响.     

柱–孔复合微结构沸腾换热性能及强化机理的研究

本实验研究了9种不同的柱–孔复合微结构表面在HFE-7100中的池沸腾性能。实验结果表明,柱–孔复合微结构表面核态沸腾起始点的壁面过热度均降至0 K左右,显著低于光滑表面(SS)与普通微柱表面(PF-30-60),其核态沸腾换热系数(HTC)相比于PF-30-60和SS显著增加,且HTC的增幅随着微孔数量的增加而增大。柱–孔复合微结构表面的汽泡主要产生于微柱顶部的微孔,因此在高热流密度下,微通道中的汽泡堵塞得以缓解,使其临界热流密度(CHF)高于PF-30-60和SS。表面的HTC随着微柱高度(H)的增大而提高,但CHF却随着H的提高出现先提高后保持不变的趋势,这说明对于这种表面而言,柱高的提高不一定可以有效提升CHF。     

盐水核态池沸腾传热及汽泡行为的实验研究

掌握含盐水池沸腾中的汽泡行为和传热特性,本文基于ITO镀膜层加热和高速拍摄技术建立了含盐水池沸腾的可视化实验装置,研究了池沸腾传热特性和汽泡动力学特性。研究发现随着盐浓度的升高,池沸腾传热得到强化。可视化的研究结果表明盐分的存在和析出会导致汽泡的脱离直径和生长时间减小、脱离频率增大,从而提高了池沸腾传热系数。     

汽泡在电场作用下的变形

为探明外加电场对汽泡形状的影响规律,本文采用人工注射汽泡的方式,对均匀电场作用下单个汽泡的形状进行了可视化试验研究,计算了汽-液两相系统中的电场分布及汽泡所受的电应力。结果表明:电场作用下汽泡表面所受电应力分布的不均匀性导致汽泡沿与电场相平行的方向拉长,变成扁长椭球形。随着场强的增加,汽泡变形量加剧,汽泡与壁面的接触角逐渐变大。此外,讨论了汽泡变形对电场强化沸腾换热的影响。     

一个新的核态沸腾汽泡动力学模型

本文在经典汽泡动力学理论基础上，提出了描述汽泡生长过程的综合界面模型．本模型的核心在于汽泡内部的热力学过程的详细分析及汽液界面的传热、传质过程的详细描述．并对汽泡生长过程进行了模拟计算，给出了动力学控制阶段的时间范围．本模型对汽泡生长、汽膜发展的理论分析及数值模拟提供了良好的基础．     

垂直管中两相汽泡流的汽含率分布

在汽泡流流型区域内,其汽泡间的相互碰撞和汽泡对周围液体的扰动非常明显。这种作用使得汽液两相流中汽含率的分布具有一定的特征。它在流动沸腾中显得特别重要。前人曾提出汽含率在汽泡流中的分布呈指数函数形式,在圆管中心处有一最大点。但实验证明在向上并流时靠近边界处的汽含率较高,目前已提出一些机理和模型来描述这种现象,但处理的结果尚未十分满意,需作进一步改进。     

毛细微槽中汽泡动力学行为可视化研究

本文在透明的硼硅玻璃表面加工矩形毛细微槽,利用高速摄影仪对竖直开放式毛细微槽中的汽泡动力学行为进行了可视化研究.研究结果证实了在竖直微槽中不存在汽泡脱离壁面的现象.同时实验结果表明:汽泡生长可分为三个不同的阶段,且生命周期大为缩短;常规尺寸的池沸腾理论预测模型已不能很好地预测其生长规律.     

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℃.     

微重力准稳态池沸腾中的气泡动力学研究

本文实验研究了微重力条件下的准稳态核态池沸腾现象中的气泡动力学特征及其对传热特性的影响,发现在低过冷度沸腾中,聚合汽泡表面的强烈振荡促进了整个加热面上的核化过程与核态沸腾传热;而高过冷沸腾中,聚合气泡在表面张力作用下呈球状,难以覆盖整个加热表面,导致核态沸腾向膜态沸腾的过度过程表现为"核态沸腾+局部的干斑扩展"现象,相应的传热曲线没有明显转折.微重力条件下池沸腾临界热流随过冷度和压力的增加而升高,与地面结果定性相符.     

微槽群内汽泡动力学行为对接触线的影响

针对沸腾情形下毛细微槽群热沉内汽泡对汽液固三相接触线的影响,进行了可视化实验研究。研究结果表明：汽泡动力学行为会直接导致微槽群内三相接触线的形状变化,从而引起蒸发薄液膜的厚度、面积以及汽液界面曲率等对薄液膜的蒸发换热特性有重要影响的物理量的变化。实验证实了在开放式微细尺度槽群结构热沉中,固有弯月面区域里的沸腾与扩展弯月...     

开孔金属泡沫池内沸腾换热特性研究

常压下用去离子水作为工质,在沸腾池底部单独或两两叠加地放置3种PPI的泡沫金属进行池内沸腾实验研究;分析了不同过热度下的热流密度和不同热流密度下池沸腾的传热系数;对沸腾汽泡在单层或双层泡沫金属表面产生、融合和脱离进行了可视化的研究。实验发现:不同PPI泡沫金属的叠加方式,会影响沸腾传热面积和产生汽泡的核心数,以及汽泡脱离受热壁面的动态特性。本实验为多孔介质池沸腾传热特性研究提供了实验指导和基础数据。     

短脉冲激光作用下丙酮液池沸腾现象的瞬态观测

本文对短脉冲激光作用下试件表面的温度变化和丙酮液体汽泡行为进行了瞬态观测,研 究了激光参数和细小金属颗粒等因素对丙酮液体沸腾行为的影响。结果表明：激光参数中,脉宽是 影响温度曲线和汽泡行为的主要因素,随着激光脉宽增大,大汽泡的长大时间和脱离直径减小;汽 泡长大速度与常规沸腾时的完全不同,没有出现等温生长阶段,在激光脉冲后很长时间内汽泡长大 速度快速增大;试件表面覆盖细小金属颗粒后,沸腾过程变得非常剧烈。     

微细加热丝过冷核态沸腾汽泡行为的再观测

微尺度加热表面过冷核态沸腾传热实验的可视化观测、局部细节过程的记录是其机理研究的重要方法。本文利用高速摄像仪分别对30μm、50μm和60μm铂丝在过冷下汽泡生长及运动情况进行了系统观测。观测到与以往微尺度和常规尺度下加热丝表面汽泡行为不同的"新"特征:微细加热丝上的过热薄液层现象,汽泡在合适热流下的悬浮运动以及汽泡间出现环绕运动等一些实验现象。     

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。     

FC-72在浸泡于液池中的微小圆管内的沸腾传热

本文对浸泡于FC-72液池中的两个微小圆管进行了沸腾实验研究,得到了沸腾曲线和传热系数,并用DV摄像机拍摄到了圆管出口处的沸腾状况,研究了管道尺寸对沸腾传热特性的影响。实验结果显示,管道尺寸对沸腾传热特性有显著的影响。传热系数和CHF随着管道尺寸的缩小而减小.直径为1.10mm的圆管出口处在低热负荷加热时发生了汽泡阻塞,并导致了剧烈的沸腾滞后现象。     

微通道过冷流动沸腾汽泡动力学行为研究

微通道相变冷却技术在高热流密度散热领域具有广泛的应用前景,本文通过FLUENT内的流体体积VOF模型来建立过冷流动沸腾下微通道内单汽泡生长模型,通过用户自定义函数UDF在汽液界面上添加质量源项和能量源项实现相变。研究结果表明,汽泡的上游接触角恒大于下游接触角,汽泡的大小随时间先呈幂函数增长,开始受限后则随时间线性增长。随着入口速度的降低、壁面过热度的提高与入口过冷度的降低,汽泡的生长速度均能加快,受限时间均可提前。