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。     

超疏水表面膜态池沸腾传热实验研究

通过纳米颗粒沉积法在不锈钢球上制备了静态接触角大于160°的超疏水表面,并采用淬火法对该不锈钢球在过冷度为0℃~25℃的去离子水中的瞬态池沸腾传热过程进行了实验研究。结果表明,由于表面的超疏水特性,整个瞬态沸腾过程直至极低表面过热度时始终处于膜态沸腾状态。不锈钢球的冷却速率随着过冷度的增大而提高,其膜态沸腾的热流密度和平均努塞尔数也随着过冷度的增加而近似呈线性增长的趋势。对汽膜演化过程的可视化观察发现,在过冷度较大时蒸汽产生量减少,导致汽膜层扰动减弱、汽液相界面趋于平稳。     

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.     

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。     

微重力池沸腾现象中的汽泡行为特性

本文对准稳态加热条件下的微重力核态池沸腾中的汽泡行为特征进行了实验研究,分析了初始核化过程、汽泡数密度、汽泡尺寸及其运动速度等的变化趋势,探讨了过冷度及加热历史等因素对相关特性的影响.实验发现:微重力条件下汽泡生成后沿加热面不停地移动;原生汽泡会聚合形成大汽泡,大汽泡不断捕掠小汽泡而长大,直到大汽泡覆盖整个加热面;汽泡生长速度随过冷度增加而变慢.     

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．     

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。     

微重力核态沸腾近壁面汽泡生长模型

建立二维近壁面汽泡生长模型,研究过冷度,壁面过热度,壁面物性,接触角,核化点尺寸等因素对汽泡生长的影响.本文建立的汽泡生长模型在低壁面过热度条件下趋近于微液层蒸发控制的汽泡生长模型,在高壁面过热度条件下趋近于无限过热液体中传热控制球形汽泡生长模型.     

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。     

池沸腾传热的数学分析

在统计方法的基础上,对于池沸腾换热的传热机理提出了一个数学模型. 在没有增加新的经验常数的条件下,从该模型中可得到池沸腾热流密度是壁面过热度、活化穴最小与最大尺寸、流体的接触角与流体物理特性的函数. 该模型可以较好地解释润湿性如何影响沸腾热流密度. 对不同的接触角,模型预测的结果与实验相符合. 关键词： 池沸腾 传热 数学模型     

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。     

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...     

微重力池沸腾现象中的汽泡脱落直径

本文报道了空间微重力池沸腾过程中的汽泡脱落现象,观测到微重力条件下小汽泡行为与常重力时相似,但在中等尺寸范围内,汽泡往往粘附在加热丝上做横向振动,并不断合并所碰到的小汽泡,直到超过临界尺寸后脱落.本文在Lee模型(1992)的基础上引入热毛细作用力,成功地解释了实验观测到的独特的汽泡动力学行为特征.     

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。     

低温液体核态流动沸腾传热的机理模型

对核态沸腾表面上的各种传热机理进行了分析和量化,建立了低温液体核态流动沸腾传热的机理模型,并将该模型纳入双流体模型实现了数值求解,数值预测的结果详细地反映出了壁面上各参数随流动的变化情况。该机理模型的计算结果表明,气泡挣脱后液体与过热壁面间的激冷效应是导致壁面上各参数在OSV处突变的根本原因。     

均匀高压电场强化R123池沸腾传热实验研究

利用EHD技术进行了工质R123的池内平板沸腾强化传热实验研究.在该实验中,换热面为一平板并接地作为0电极,高压电极为平行于换热面的网状电极.实验结果表明,正电压的强化效果较好,电压越高,强化效果越好.低热流密度下,EHD对沸腾换热的强化效果比高热流密度的强化效果好.起沸点随着电压的增加而增加,同不加电压时相比,在20 kV时,起沸点提高了4倍.     

微重力池沸腾实验研究

本文利用我国第22颗返回式卫星开展了微重力条件下过冷池沸腾传热实验研究.实验中采用桥式自反馈电路控制加热面温度,加热元件为长30 mm、直径60 μm的铂丝,实验工质为0.1 MPa压力下过冷度为26℃的R113.实验发现,沸腾起始温度不受重力水平影响,而微重力核态沸腾传热略有增强,汽泡脱落行为也有着不同的特征.     

大空间和毛细管内液氮池沸腾传热的实验研究

文中以直径50μm,长20mm的磷青铜丝作为加热丝和测温元件,采用控制热流密度的方式测量了0°,30°,60°和90°倾角下大空间和玻璃毛细管内液氮的沸腾曲线,分析了毛细管对核态沸腾传热的影响以及管径和倾角对临界热流密度的综合影响。结果表明,在实验管径内,毛细管对于核态沸腾传热有明显的强化作用;并存在一最佳管径,可在30°~90°倾角范围内获得最大的CHF值,并且其值高于大空间时的CHF。