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...     

添加有TiO2纳米颗粒的R11池沸腾换热研究

对添加有TiO2纳米颗粒的制冷剂R11在外径为22.4mm紫铜管外的池沸腾换热特性进行了实验研究.池沸腾饱和温度为35℃和40℃,纳米颗粒悬浮液的浓度为0.01g/l和0.05g/l.对铜管圆周上、下、前、后四个部位的局部换热情况进行了测量和可视化观察以及相应的粗糙度检测分析.结果发现,纳米颗粒的添加基本使管上部粗糙度降低,传热弱化,而使下部粗糙度增加,传热强化.就整体换热而言,40℃的强化换热效果好于30℃,0.01g/l的强化换热效果好于0.05g/l.     

超亲水多孔表面制备及其池沸腾换热研究

采用电沉积法制备了纳米级树枝状结构与微米级孔穴结构复合的多孔表面,分析了电镀时间对多孔表面结构的影响,制备的多孔表面孔隙率最高可达94.4%,且具有超亲水特性。建立了多孔表面的去离子水池沸腾换热实验系统,对比研究了多孔表面与平表面的池沸腾换热性能,结果表明,多孔表面的临界热流密度239 W/cm~2,最高对流换热系数5.9W/(cm~2K),分别比平表面提高了100%和120%。     

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。     

纳米流体对流换热机理分析

考虑在纳米流体中纳米颗粒做布朗运动引起的对流换热, 基于纳米颗粒在纳米流体中遵循分形分布, 本文得到纳米流体对流换热的机理模型. 本解析模型没有增加新的经验常数, 从该模型发现纳米流体池沸腾热流密度是温度、纳米颗粒的平均直径、 纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的分形维数、沸腾表面活化穴的分形维数、基本液体的物理特性的函数. 对不同的纳米颗粒浓度和不同的纳米颗粒平均直径与不同的实验数据进行了比较, 模型预测的结果与实验结果相吻合. 所得的解析模型可以更深刻地揭示纳米流体对流换热的物理机理.     

高浓度润滑油对泡沫金属池沸腾特性的影响

实验研究了高油浓度的制冷剂/油混合物在泡沫金属加热表面池沸腾换热特性。使用三种泡沫铜作为加热表面,其参数分别为10ppi/90%孔隙率、10 ppi/95%孔隙率和30 ppi/98%孔隙率,厚度均为10 mm。制冷剂为R113,润滑油为VG68,油浓度为0%～40%。实验结果表明,泡沫金属总是强化池沸腾换热,换热系数最多提高450%;润滑油恶化制冷剂在泡沫金属加热表面池沸腾换热,换热系数最多降低90%。开发了高油浓度的制冷剂/油混合物在泡沫金属加热表面池沸腾换热关联式,预测值与95%的实验值误差在±30%以内。     

纳米结构表面液氮淬火换热特性研究

本文研究了电抛光的光滑表面和阳极氧化的纳米结构表面对液氮淬火换热的影响,实验结果表明纳米结构表面将莱登佛罗斯特点的温度从光滑表面的111.9 K提高到209.6 K,临界热流密度从光滑表面的146.3 kW/m~2提高到纳米结构表面的326.2 kW/m2。在过渡沸腾阶段,纳米结构表面的沸腾换热系数从429.2 W/(m~2·K)增加到5737.2 W/(m~2·K),光滑表面换热系数从518.9 W/(m~2·K)急剧上升到8822.9 W/(m~2·K)。虽然纳米结构表面的最大换热系数小于光滑表面,但纳米结构表面上发生沸腾模式转变的莱登佛罗斯特点的温度远高于光滑表面,因此纳米结构表面的换热能力远大于光滑表面。     

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。     

纳米颗粒TiO2/HFC134a工质对流换热实验研究

本文建立了纳米颗粒/制冷剂工质换热性能实验台,对实验系统进行了检验,并首次进行了纳米颗粒TiO2/HFC134a工质水平管内的单相对流换热实验研究,纳米颗粒的浓度为0.01、0.025和0.05 g/L,并与纯质HFC134a的结果相比较.结果发现:TiO2/HFC134a工质的单相对流换热系数降低,且随着纳米颗粒浓度的增大,降低程度增大.分析原因纳米颗粒在换热表面的沉积是造成这一结果的关键因素.     

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。