多孔物料床中沸腾强化的极限热流密度和临界热流密度

一、前言 多孔物料床是指由颗粒状或纤维状物料堆积而形成的具有一定高度的床层。被液体浸透的多孔物料床中的沸腾换热现象在一系列重要的工程实际问题中出现。文献[1—6]对多孔物料层中的沸腾过程开展了实验研究和观察。多孔床中液体的沸腾换热是当前传热传质学的一个很热门的前沿研究课题。     

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。     

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%。     

烧结/堆积床多孔介质流动沸腾换热实验研究

本文实验对比研究了0.3 mm、0.5mm、0.7 mm三种粒径的铜颗粒烧结与堆积床多孔介质中的流动沸腾换热,主要研究了入口流速、热流密度、加热方位及粒径对流动沸腾换热的影响,以及多孔介质中的沸腾滞后。实验结果表明:大入口流速、低热流密度、下方加热以及小粒径时加热壁面的过热度较低,即有利于沸腾换热;本实验所用烧结多孔介质壁面过热度高于堆积床多孔介质,其原因是内部含有闭孔。     

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。     

二氧化钛纳米管界面沸腾特性

TiO2纳米管阵列表面具有超亲水,高比表面积的特点.本文实验研究其作为沸腾换热表面的池沸腾特性.通过与Ti金属表面池沸腾实验的比较,表明TiO2纳米管阵列表面具有优秀的沸腾换热能力.     

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。     

浸没在多孔介质中的竖直管沸腾换热实验研究

本文对竖直管外填充固体颗粒情况下，蒸馏水和无水乙醇两种工质的池沸腾换热现象进行了实验研究，分析了颗粒直径以及工质热物性对竖直管液池沸腾换热特性，包括沸腾滞后的影响规律，证明了在填充固体颗粒条件下，竖直管的池沸腾换热可以得到一定程度的强化，在低热负荷区，强化效果尤为明显。大颗粒对沸腾滞后现象有较好的缓解作用。在高热负荷区，由于气膜的出现，沸腾机理将有所改变。     

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。     

超声波对池沸腾换热影响

对不同超声强度和辐射距离条件下过冷池沸腾换热特性进行了实验研究.超声波有效强化了沸腾起始段换热,对高热流密度沸腾传热也有一定的强化作用.超声辐射距离越近,强度越大,强化传热效果越好.对单相对流和沸腾起始区传热,超声波强化传热机理为空化作用;高热流密度沸腾时超声波对强化传热的主要机理是声流作用.得到了传热实验关联式.     

堆积多孔介质中流动沸腾换热的实验研究

为了研究堆积多孔介质中流动沸腾换热特性,以横截面积为10 mm×10 mm、长100mm的铜管中充满直径为0.4～1.0 mm、孔隙率为0.31～0.37的钢珠的多孔介质为对象,对水在流过此多孔介质时沸腾换热现象进行了研究,获得了流速、热流密度、粒径和加热方位等对换热性能影响的规律:随着流速的增大,沸腾换热系数增大;随着热流密度增大,沸腾换热系数降低;随着热流密度的变化,小颗粒多孔介质的壁面过热度的变化量比大颗粒多孔介质要大得多;从下表面加热比从上表面加热的壁面过热度要低,约2～3 K,更有利于沸腾换热。     

电场作用下单个沸腾汽泡动态特性研究

电场可强化池态沸腾换热已经普遍得到研究者的认可,在电场强化换热的实验研究中,以往研究者主要采取统计学的方法研究电场作用下沸腾汽泡的动态特性,也有研究者研究了冷态注入气泡在电场作用下的动态特性,而直接针对单个沸腾汽泡的研究鲜有报道。本文采用针状电极以R113为实验工质,研究了小加热面上不同热流密度和不同电场强度的情况下单个沸腾汽泡的动态特性,实验中发现在电场的作用下汽泡脱离半径和脱离体积变小,而汽泡成长时间和汽泡等待时间随着电场强度的增加而增大。     

光管及窄环隙流道池沸腾换热实验研究

本文在常压下以水为工质,对管外及窄环隙流道池沸腾换热进行了可视化实验,结果表明：汽泡扰动并不是沸腾换热系数高的主要原因,液体过冷使核沸腾的换热能力降低,窄隙流道内的沸腾换热机理与普通的大容积沸腾没有明显区别。文中还根据观察和测量到的结果对一些换热现象重新进行了解释。     

梯密度金属泡沫池沸腾换热性能的实验研究

本文实验研究了去离子水中梯密度通孔金属泡沫的池沸腾换热性能。梯密度金属泡沫材质为铜和镍,孔隙率为0.98,泡沫厚度为4~14 mm。实验结果表明,相比于单层泡沫,梯密度金属泡沫显著的增强了沸腾换热能力,但增强程度受孔密度变化梯度、泡沫厚度和材料的影响;往去离子水中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)能明显的改变梯密度金属泡沫的池沸腾换热性能。     

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     

颗粒烧结多孔芯蒸发/沸腾换热的实验研究

以水为工质,在热管工况（真空减压条件）下对具有不同颗粒种类（电解粉和水雾粉）、颗粒直径和多孔芯厚度的铜粉颗粒烧结多孔芯进行了蒸发/沸腾换热实验研究。结果表明：随着热流密度的上升,换热系数先上升后下降;在孔隙率一定的情况下,存在最优多孔芯厚度使得蒸发/沸腾换热性能最佳;当多孔芯厚度一定时,在热流密度不是很大时存在着最优孔...     

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。     

R134a/R125混合工质管外沸腾换热特性研究

对水平管外纯R134a和三种不同浓度的R134a/R125混合工质池沸腾换热性能进行了试验研究。在试验研究的基础上对二元混合工质的沸腾换热进行理论分析,并提出了二元混合工质的沸腾换热预测关联式。在实验范围内,实验值与预测值的最大偏差不超过±20%,可以满足工程应用的需要。     

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.     

超声作用下不同粗糙度表面沸腾换热实验研究

本文以水为工质,不同粗糙度平板作为加热壁面,对有无超声波作用下的过冷池沸腾换热特性进行了实验研究。结果表明:有超声波辐射时,自然对流及沸腾起始阶段强化作用较强,有效消除了光滑加热面上形成的壁温过冲现象;在高热流密度段超声波对沸腾传热影响很小,一定声强下光滑表面沸腾传热甚至出现了阻碍作用。