毛细管内薄液膜轮廓和传热特性研究

本文认为毛细管的相变传热机理为液膜的导热和表面蒸发;表面蒸发受蒸汽温度、汽液界面的温度以及汽液压力差的共同控制。汽液流动机理为流动受脱离压力梯度、毛细力梯度支配。汽液相互作用机理为存在由于蒸发导致的动量转移切应力和由于汽液流速不同产生的摩擦切应力。提出的物理模型中较为全面地考虑了毛细管内传热、汽液流动及其相互作用。对毛细管半径和传热功率对薄液膜轮廓和传热特性影响程度的计算结果表明,随着毛细管半径的减小、传热功率的增大,蒸发界面区的长度会有所减小,这是针对微小空间得出的不同于常规情况的结论。     

基于微肋管的微沟槽表面薄液膜沸腾理论模型

本文提出了基于微肋管的薄液膜蒸发沸腾的输运现象数学模型及其有限差分求解方法。数值模拟结果表明,在蒸发扩张半月形液膜中,非蒸发液膜区域液膜形状主要取决于分子膨胀压力;在薄液膜区域与非蒸发区域的连接处存在着一个强烈的蒸发点,这是膨胀压力和表面张力共同作用的结果;在本征半月形液膜区域压力梯度几乎完全取决于表面张力,因而在该区域内液膜形状可以假定为圆弧形状。     

固着液滴蒸发薄液膜区传质传热特性数值研究

本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,以水为工质,建立固着液滴蒸发薄液膜区、宏观弯月面区、固体基底内部及气液、液固、气固界面的耦合传热模型,并探究固体基底厚度和热物性对蒸发薄液膜区传热特性的影响。结果表明,由于液滴蒸发过程中的冷却效应,三相接触线附近的基底温度低于周围固体温度;蒸发速度越快,温度差越大。蒸发薄液膜的长度、最大质量流量和传热量与基底厚度与液滴半径比值h_r有关;当h_r=0.4时,薄液膜区传热对总体传热贡献最大;基底的热导率越小,蒸发液滴具有更长的蒸发薄液膜长度及更强的界面传热,薄液膜区传热对总体传热影响越显著.     

水平圆柱绕流的层流膜沸腾传热

本文研究水平圆柱垂直向上流动的层流膜沸腾传热问题。对于远离临界状态的流体,汽液两相间存在较大的密度差,相应的边界层排移厚度较大,必将对膜外液流产生影响,这个影响反过来作用于汽膜边界层,影响其流动和传热过程。本文用摄动方法对这种影响作了定性的分析,表明边界层排移的结果使传热过程加强了,并使得总传热系数与实验结果更趋于一致。     

基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻方法中冷冻载体的传热优化

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一。降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,减少低温保护剂对细胞的毒性伤害和渗透性损伤。本文针对冷冻载体在基于薄液膜蒸发的超高速冷却过程中的传热过程进行了优化分析。研究结果显示:细胞悬浮液的传热热阻在总传热热阻中的比重最大,设法减低它是强化细胞冷冻传热过程的有效手段之一;另外液氮蒸发传热系数的提高在一定范围内可以强化冷冻传热过程,但强化效果会随着蒸发传热系数的增加而减小。上述研究成果为基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻新方法走向实用提供了技术保障。     

壁薄液膜流动稳定性的分析

在文献[7]的基础上,通过合理地降低竖壁液膜流流动方程的维数,采用奇异性理论,分析了液膜流的流态演化过程及其与瑞利数的关系,指出在特定瑞利数下,竖壁液膜流由光滑的层流演化为驻波状的波状流,又演化为行波状流,最终进入混沌的演化过程,从而对竖壁液膜流的流态演化机理作出深化的探讨及合理的解释．     

液膜沸腾条件下厚液层厚度物理模型研究

沸腾传热近加热壁面厚液层(Macrolayer)的特性对于临界热流密度的触发具有决定性的作用。然而,沸腾条件下厚液层厚度的实验数据很缺乏,预测模型也尚不完善。本文通过液膜沸腾实验获得了不同热流密度下厚液层的特征厚度。现有的厚液层预测模型中,Haramura与Kumada模型的预测值低于实验值,Sadasivan模型的预测值高于实验值。本文基于Haramura模型,建立的厚液层厚度预测模型具有较高的精度,最大误差降低到12%,适用范围在0.5q_(CHF)到q_(CHF)之间。     

沸腾传热基础理论的拓展

本文分析了传统沸腾传热学的研究思路和方法,指出自１９３４年以来的沸腾传热学的研究建立在平均化和线性化的基础上,由此为发展的核态沸腾传热理论和临界热负荷模型在当前都遇到了很大的困难。综述了我们对沸腾传热学新的认识及最新进展,特别是非线性科学与沸腾传热学结合使沸腾传热学的研究焕然一新。     

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     

准逆流液-液膜接触器传热传质研究

本文提出了一种准逆流平行板式膜吸收热泵(液-液膜接触器)并用于流体加热。制冷剂(水)和吸收剂(盐溶液)以逆流和错流相结合的形式(准逆流)流动,被半透膜隔开。该膜只允许水蒸气的渗透,盐溶液从水中吸收水蒸气。潜热和混合热被释放到溶液侧,使低温热量转换为可用的高温热量。为了研究膜式热泵内的热量和质量的耦合传递,选择相邻流道、两块膜及其空气隙作为研究对象建立数学模型。使用有限差分法求解动量、热量和质量传递的控制方程,得到溶液的温升。结果表明,潜热传递参数比显热传递参数对溶液温升的影响更大。     

流体高速流经水平板槽时的湍流膜沸腾传热

本文推导了包括饱和与高过冷两种极端情况的液体流动膜沸腾传热的统一半经验表达式,对过冷度的影响作了深入分析,根据特征参数Ja_2将过冷度影响按物理机制划分为三个区域,已为R11的实验数据所直接验证。     

立式螺旋管汽液两相流沸腾传热恶化实验研究

本文实验研究了低质量流速(500～800 kg·m~(-2)·s~(-1))下的立式螺旋管临界热负荷,对沸腾传热恶化壁温特性和螺旋管临界热负荷影响因素进行分析.并同前人工作汇总,以流量,压力和临界干度为参数,建立了基于局部条件假设的立式螺旋管临界热负荷查询表(Look-Up-Table),共272个点.压力范围6.5～21 MPa,质量流速范围500～1800 kg·m~(-2)·s~(-1).     

基于薄液膜蒸发的超高速冷冻方法初探

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一.在细胞的玻璃化冷冻过程中,降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,进而减少低温保护剂对细胞的毒性损伤和渗透性损伤.本文尝试将薄液膜蒸发这种高效相变传热方式与液氮的低温冷却过程相结合,发展了一种超高速、超低温冷冻降温方法.初步的实验结果表明:冷冻载体从10℃降到-180℃,其平均冷却速率达到了148052℃/min。     

螺旋管内高压汽液两相强制对流沸腾传热试验

螺旋管式蒸汽发生器或热交换器在核电站、直流锅炉和各种化工设备等领域中都有相当广泛的应用。在高压水回路上对螺旋管中汽液两相强制对流沸腾传热特性进行了试验研究,得到了立式上升流动螺旋管内过冷水紊流流动和过热蒸汽紊流流动时的放热系数。用修正L-M关系式整理了立式上升流动螺旋管内两相强制对流区放热系数,螺旋管在该区的放热系数大致范围为25-40 kw／(m2·℃)。     

过冷液体沿水平板受迫湍流时的膜沸腾传热

本文在前文分析的基础上,提出过冷液体沿水平板受迫湍流时膜沸腾传热的物理模型,建立起相应的数学模拟方法,对轸高流速和过冷度的平板湍流膜沸腾传热作了理论分析,并根据实验数据得到了可供实际工程应用的半经验传热计算式。     

工质对微通道沸腾液膜瞬态变化的影响

本文采用去离子水和无水乙醇两种工质,利用微通道流动沸腾同步测量实验系统,研究了液膜厚度的瞬态变化规律,实验发现流动沸腾形成的初始液膜厚度在毛细数Ca很宽的范围内都遵循Taylor流动原理;液膜形成后,在蒸发和蒸汽流动携带的耦合作用下,厚度迅速减薄直至蒸干;由于水的汽液黏度比小,速度梯度小,剪切作用带来的液膜厚度减少量小,且水的汽化潜热大,吸收相同热量时蒸发量小,导致水的液膜厚度变化斜率较小,通过理论分析提出了沸腾液膜厚度变化的计算模型,计算结果与实验结果的误差小于20%。     

垂直管外降落液膜的流动和传热特性

本文报道对过冷薄层水膜沿均匀加热竖管外壁向下流动时的流动和传热特性而作的实验研究。详细描述了液膜流态和液膜破断临界现象。根据实验数据拟合出液膜破断临界热流密度经验公式,同时还拟合出正常液膜和接近破断临界时的液膜的换热系数综合关系式。实验中液膜雷诺数的变化范围是800—6800;最大热流密度达8.67x10~4W/m~2。     

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.     

甲烷的池核沸腾传热实验研究

本文对饱和液体甲烷在0.12MPa下的池内核态沸腾传热进行了系统的实验研究,获得了相应的沸腾传热数据.对实验数据进行了详细的不确定度分析;将实验结果与现有的池核沸腾传热系数关联式进行比对,并在原有的关联式基础上进行改进,得到了适合甲烷的池核沸腾传热系数关联式.     

矩形微槽蒸发薄液膜新边界条件的设定

采用了一种新的边界条件来求解微槽内蒸发薄液膜的控制方程。这种新的边界条件保证在毛细微槽中,本征弯液面区域的液面弯曲中心位于微槽的中心线上,从而消除了传统微槽薄液膜计算模型中产生的物理矛盾。计算结果显示随着过热度的增加,本征弯液面部分的曲率半径不是恒定的,而是逐渐增加的,这导致了本征区域毛细吸力的降低。计算结果同时表明在本征区域的较薄位置,存在一个狭窄的热流密度相当大的子区域。在数值研究中,如果将此子区域用恒定半径的区域来替代,从理论上来讲是不合理的。