水平微肋管内基于气液环状流流型的沸腾传热理论模型

本文提出了基于气液环状流的水平螺旋微肋管内沸腾传热理论预测模型.在模型建立过程中,假设环状流液膜是由基底液膜和叠加扰动波液膜单元组成,将无量纲准则数Fr0=G/[gdeρv(ρl-ρv)]0.5作为汽液两相流环状流理论模型的判据建立的模型理论预测值与已由的四种不同结构的微肋管、三种有机工质下得到的实验数据进行了比较,结果表明,在Fr0＞4.0时,提出的环状流预测值理论值或者和预测值符合得较好,或者大幅度改善了原有分层流模型的预测效果,充分说明了提出的环状流理论模型的合理性.     

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。     

矩形毛细微槽横截面上气液分界面形状理论分析

对背面有热流输入的矩形毛细微槽群横截面上的气液分界面形状进行了理论分析,在一定条件下对Wayner蒸发模型进行简化,根据等壁温条件推出蒸发薄液膜区域热流密度近似为定值,通过流体动力学理论推导出了微槽横截面薄液膜区域液膜厚度变化的关系式,并与Wayner蒸发模型的计算结果进行了比较。进一步提出了全新的交界线区域长度的判定方法,根据蒸发薄液膜区域总换热量计算得到蒸发薄液膜区域的长度,交界处接触角,以及固有弯月面区域的曲率半径,从而最终得出了微槽横截面整个气液分界面的形状曲线,理论分析表明:槽宽、热流密度、过热度等因素对蒸发薄液膜区域长度、接触角以及固有弯月面曲率半径等参数有较大的影响。     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

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.     

非共沸混合物微翅管内强制对流蒸发换热计算

分析了非共沸混合物在水平微翅管内强制对流蒸发换热的传热传质的特点,考察了影响非共沸混合工质强制对流蒸发换热的主要影响因素,建立了考虑相界面传质阻力和微翅管二次流效应的换热系数的计算模型,利用本文模型的计算结果与实验数据进行了比较,吻合较好。在高质量流量和高干度(x>0.3)下,理论预测值与实验值的平均偏差不大于10％。     

泡状流局部界面浓度实验与理论研究

应用高速数字摄像系统,首先对双头电导探针测量泡状流局部界面浓度的几种模型进行了标定和评价。使用标定好的双头电导探针技术,对垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度和含气率分布特性进行了深入的实验研究。试验段为内径40 mm的透明有机玻璃管。根据试验数据的分析结果,发展了一种垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度预测模型。在本文实验条件下,该局部界面浓度模型预测结果能够与实验数据很好地符合。     

新型三维内微肋管水平管内凝结分层流局部换热系数研究

本文研制了一种新型相交换热强化管即三维内微肋管。通过实验得到了三维内微肋管水平管内凝结流型区的类别、分层流区判据以及强化凝结换热的性能．通过分析和逐步回归得到了计算分层流区三维内微肋管水平管内凝结局部换热系数的准则关系式。该式与实验数据在±30％范围内吻合。     

微液膜动力学特性与稳定性实验研究

气-液两相流设备的性能受限于临界热流密度,开展流动微液膜动力学特性及其稳定性的相关研究是深入理解沸腾危机及临界热流密度机理的关键。采用光学玻璃制成的矩形通道作为实验段,使用微流量齿轮泵驱动去离子水,使其在实验通道入口处与在其上部流动的压缩空气接触形成同向流动的分层流。利用共轭光学探测器对流动微液膜的厚度进行了测量,利用高速摄像机对气-液两相分层流波动特性进行了可视化观测。研究表明,在绝热情况下,当液速一定时,液膜的平均厚度随着气速增加而减小,当气速增加到某一阈值时会导致液膜破裂。     

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。     

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。     

强化管管外升膜蒸发换热特性实验

升膜蒸发是利用微细槽道对液体的毛细抽吸作用,在强化管外表面覆盖一层薄液膜,进而以薄膜蒸发的形式实现强化换热.本文针对强化管在水中的浸入深度,蒸发压力,加热壁面过热度等因素对升膜蒸发换热性能的影响展开实验研究.实验结果表明随着管外液位的降低升膜蒸发换热系数明显提高,此外,蒸发压力和加热壁面过热度因素对升膜蒸发换热性能也有着显著的影响.     

水平螺旋槽管壁面升膜形成机理的研究

对驱动升膜形成的润湿力进行分析,建立单组分流体的数学模型,得出壁面液膜蒸发时的速度和厚度分布。基于此得到蒸发过程中水平螺旋槽管管外壁升膜的形成机理和流动特性,并给出液膜润湿整个管壁面的临界条件。     

两元混合物反重力流蒸发传热传质数值研究

近年来微槽内的液体流动和传热受到了广泛关注,成为新的研究热点。本文在对热润湿作用下水平螺旋管表面反重力流形成及其流动特性进行探索的基础上,建立了适用于水平螺旋槽管壁面二元混合物反重力流蒸发传热传质耦合的物理模型。模拟结果表明,由于液膜内部存在着传质,径向有明显的浓度梯度,从而降低了蒸发传热的温度推动力。酒精溶液的浓度越...     

Heat transfer at evaporation of falling films of Freon mixture on the smooth and structured surfaces

The paper presents the results of experimental investigation of heat transfer and hydrodynamics of falling films of binary mixtures of R21 and R114 freons on the surfaces with complex configuration. The vertical tubes of 50-mm diameter with the smooth and structured surfaces, made of D16T alloy, were used as the working sections. The range of film Reynolds number at the inlet to the working section was Re =10÷155. The image of wave surface of the falling liquid film was visualized and recorded by a high-speed digital video camera. At evaporation the heat transfer coefficients on the smooth and structured surfaces are determined by the liquid flow rate and weakly depend on the heat flux. At low liquid flows, the heat transfer coefficients on the structured surface decrease in comparison with the smooth surface because of liquid accumulation and enlargement of efficient thickness in microtexture channels. At high liquid flows, a change in the structure of the wave film surface leads to an increase in heat transfer coefficients in comparison with the smooth surface.     

Effect of nanofluids on thin film evaporation in microchannels

A thin film evaporation model based on the augmented Young–Laplace equation and kinetic theories was developed to describe the nanofluid effects on the extended evaporating meniscus in a microchannel. The nanofluid effects include the structural disjoining pressure, a thin porous coating layer at the surface formed by the nanoparticle deposition and the thermophysical property variations compared with the base fluid. The results show that the nanofluid thermal conductivity enhancement mainly due to the Brownian motion tends to greatly increase the liquid film thickness and the thin film heat transfer. The structural disjoining pressure effect tends to enhance the nanofluid spreading capability and the thin film evaporation. The nanoparticle-deposited porous coating layer improves the surface wettability while significantly reducing the thin film evaporation with increasing layer thickness due to the thermal resistance across this layer. The nanofluid thermal conductivity enhancement together with the structural disjoining pressure effect can not counteract the thermal resistance effects of the porous coating layer when the coating layer thickness is sufficiently large.     

竖直平壁上双组分混合液膜态沸腾换热解析研究

本文应用近似解析方法对双组分混合液在竖直平壁上的膜态沸腾换热进行了理论分析,得到了其平均膜态换热系数的解析计算式,并通过三种典型的双组分混合液例证了传质过程对换热的影响。     

Heat Transfer in an Evaporating Liquid Film Flowing Over a Rotating Disk

Heat transfer from a horizontal heated rotating disk to a thin water film flowing over it was investigated. A series of experiments were carried out to determine Nusselt numbers on the disk both with and without evaporation from the liquid film surface. The Nusselt number increased with increasing disk rotation rate, water temperature, and water flow rate, while evaporative cooling from the liquid film surface only had a moderate effect on the Nusselt number magnitude. Functional dependence of the Nusselt number from an accompanying semi-analytical model and experimental data were used to develop semi-empirical correlations for the Nusselt number.