盐水核态池沸腾传热及汽泡行为的实验研究

掌握含盐水池沸腾中的汽泡行为和传热特性,本文基于ITO镀膜层加热和高速拍摄技术建立了含盐水池沸腾的可视化实验装置,研究了池沸腾传热特性和汽泡动力学特性。研究发现随着盐浓度的升高,池沸腾传热得到强化。可视化的研究结果表明盐分的存在和析出会导致汽泡的脱离直径和生长时间减小、脱离频率增大,从而提高了池沸腾传热系数。     

含油纳米制冷剂沸腾中纳米颗粒相间迁移特性预测模型

为了评估纳米颗粒对沸腾传热的影响效果和采用纳米制冷剂的制冷系统长期运行稳定性,提出了含油纳米制冷剂沸腾中纳米颗粒相间迁移特性预测模型,通过模拟气泡的脱离和上升过程、纳米颗粒的运动、纳米颗粒与气泡的黏附、气液交界面上纳米颗粒的脱离,最终得到纳米颗粒的迁移量.该模型能够反映热流密度和加热容器几何结构等因素对纳米颗粒迁移特性...     

浮升力对管内水过冷流动沸腾传热特性的影响研究

基于已知的2087组水的过冷流动沸腾传热实验数据,通过努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系探讨了不同流动方向和加热方式下浮升力对过冷流动沸腾传热性能的影响。对上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,向上的浮升力阻碍了气泡向流体中的扩散,使得传热恶化。在增加流速、增大压力和减小过冷度的条件下,Nu均随Gr增加,使过冷流动沸腾传热得到强化。     

微重力准稳态池沸腾中的气泡动力学研究

本文实验研究了微重力条件下的准稳态核态池沸腾现象中的气泡动力学特征及其对传热特性的影响,发现在低过冷度沸腾中,聚合汽泡表面的强烈振荡促进了整个加热面上的核化过程与核态沸腾传热;而高过冷沸腾中,聚合气泡在表面张力作用下呈球状,难以覆盖整个加热表面,导致核态沸腾向膜态沸腾的过度过程表现为"核态沸腾+局部的干斑扩展"现象,相应的传热曲线没有明显转折.微重力条件下池沸腾临界热流随过冷度和压力的增加而升高,与地面结果定性相符.     

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.     

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,液态金属软表面增加了汽泡核化穴数量,减小了汽泡尺寸,提高了汽泡脱离频率.观察到软表面弹性毛细波和汽泡射流现象.弹性毛细波增强了壁面热边界层热质传递.发现汽泡脱离过程中,汽泡尾部在液态金属薄层内形成残余核化穴,残余核化穴快速长大,与上升的大汽泡聚合,形成汽泡射流现象.弹性毛细波及汽泡射流解释了液态金属软表面强化池沸腾传热的机理.     

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。     

粗糙表面池沸腾的介观数值研究

用Gong-Cheng格子Boltzmann方法汽液相变模型数值研究了具有单个和多个微孔的粗糙表面上的池沸腾传热,通过数值模拟得到了含有多个微孔的粗糙加热面上从自然对流区直至膜态沸腾区的池沸腾曲线。模拟结果表明亲水微孔和疏水微孔中存在不同的汽泡成核和生长形态。存在一个临界微孔深度,使得汽泡脱离频率在该处跃升,从而提高沸腾传热量。在粗糙表面上,汽-液-固三相接触线处具有最低的局部温度和最高的局部热流密度。     

有限空间内气液相变传热特性的实验研究

与常规温差发电器相比,气液相变式温差发电器利用相变腔的结构灵活性和相变介质的高效传热特性提升发电性能。然而,目前已有的对于相变腔内复杂的沸腾–冷凝耦合传热问题的研究较少,基于此,本文试图通过开展相关实验探究有限空间内的沸腾–冷凝耦合相变传热特性。本实验搭建了沸腾和冷凝耦合相变传热实验台,主要研究了加热功率、相变介质充液率、冷凝换热面积等参数对相变传热特性的影响。结果表明：相变腔的总热阻随加热功率的增大而减小;相变腔存在最优相变介质充液率,相变介质充液率过高或过低均不利于整体的相变传热性能,在本实验条件下,最佳充液率为50%;当沸腾换热面积不变时,减小冷凝换热面积有利于强化相变腔的传热性能。     

基于汽泡附壁接触直径的窄流道汽泡脱离预测模型

汽泡脱离是沸腾系统中非常重要的现象,对沸腾流动和传热都有重要的影响。汽泡脱离过程是非常复杂的,受到系统工况参数以及物性参数的综合影响;但汽泡在生长过程中的受力状况是决定汽泡发生脱离的根本因素。对于窄流道内的汽泡,由于受到流道壁面的限制,汽泡与加热壁面间将存在较大的接触面。本文基于汽泡生长过程中的附壁接触直径,详细分析作用在汽泡上的各个受力,并建立各个受力的计算关系式,从而得到汽泡脱离的预测模型。模型采用本研究小组在竖直窄流道内得到的实验数据进行了验证,预测结果与实验研究吻合很好。     

采用抑泡孔板的沸腾传热

液体沸腾时泡底微层液膜的导热蒸发热阻低,在一定热流密度范围内,采取措施适当延迟汽泡的脱离就可能强化沸腾传热。本文据此提出了一种强化核沸腾传热的新方法——抑泡孔板法,并对采用抑泡孔板的池沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,采用抑泡孔板可以使沸腾传热系数增加几倍乃至十几倍。同时也得到了采用抑泡孔板时沸腾传热的准则方程式和最佳板距的准则方程式。     

新型内嵌式热管流型演化与传热特性实验研究

本文面向电蓄热采暖应用设计了一种新型内嵌式热管,通过可视化和传热实验研究了充液率在5%至70%之间变化时热管内部的流型演化规律和传热特性。根据流型演化过程可以将充液率分为小、中、大三个类别。小充液率时,热管内部出现间歇剧烈沸腾过程;中等充液率时,热管内部出现持续沸腾现象,冷凝段受到搅混流的周期性冲刷;大充液率时,气液混合工质在绝热段往复振荡,冷凝段始终存在液态工质。对于充液高度小于加热段高度和充液高度大于加热段高度两种情况,随着充液率的增大,热阻均先降低后升高,但充液高度大于加热段高度时的热阻普遍大于充液高度小于加热段高度时的热阻。10%充液率时热阻最小,80 W加热功率时约为0.017℃/W,此时蒸发段为持续薄液膜蒸发传热,冷凝段为周期性扰动冷凝和强制对流耦合传热。     

基于遗传算法的SOBER-SJ10池沸腾传热研究

基于遗传算法构建了沸腾过程中加热固壁一维瞬态导热反问题计算方法,采用具有精确解的半无限瞬态导热问题构造了一个校核算例,验证了该算法具有较高的准确度和抗干扰能力,能够准确反演计算沸腾传热瞬态热流密度。基于该算法分析了 SOBER-SJ10地面和空间实验中沸腾传热特性,结果表明微重力环境中单相传热被严重抑制,热流密度远小于地面数值;不同重力条件下核态沸腾传热曲线落在同一位置,显示出低热流密度时核态沸腾传热具有某种重力无关特征;但微重力条件下核态沸腾曲线起始于远低于地面的热流密度,同时在远比地面小的热流密度值时达到临界热流状态,并转变为过渡沸腾模式。     

加热表面粗糙度对高热流密度沸腾传热影响的多尺度数值模拟

本文以沸腾固气液界面为研究对象,建立了包括孔穴活化、液膜蒸发、气泡生长与脱离、壁面热传导等子过程的耦合模型,以探究固气液界面传热对高热流密度沸腾过程的影响。为了能够分辨微米量级的孔穴,模型中10 mm×10 mm的沸腾表面被划分为诸多子区域,每一个子区域中孔穴大小和数量随机分布,当子区域的过热度大于孔穴活化的临界过热度时,一部分孔穴活化生成气泡。进一步结合大液膜蒸发模型获得沸腾传热热流密度,并将其作为边界条件分析加热器热传导特性,从而通过对不同过程的多尺度耦合模拟不同表面粗糙度条件下高热流密度区的核态沸腾曲线,并进一步分析了孔穴数量及分布对加热壁面温度的影响。结果表明:预测所得沸腾曲线与实验结果基本相符,加热表面孔穴数量的增加使沸腾曲线左移,同时,孔穴数目的增多还会使活化点密度对壁面温度波动更为敏感,从而产生交替出现的长短周期。     

饱和液氮爆发沸腾实验与传热机理分析

瞬态高热流加热下饱和液氮会发生爆发沸腾,而对于该过程的特殊传热机理因素,目前还没有相关的深入研究和分析。本文基于实验,在总结沸腾传热机理研究成果的基础上,重点分析了饱和液氮爆发沸腾过程中以汽泡群形态实现热量传递的特殊之处,并进行了理论模拟验证。结果表明,汽泡群内部众多汽泡所发生的破裂收缩行为,会释放潜热并形成热流,成为爆发沸腾独特的传热机理影响因素。     

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。     

过冷池沸腾落塔短时微重力实验研究

本文研制了一套控温池沸腾实验设备,利用中国科学院国家微重力实验室落塔开展了短时微重力环境下的过冷池沸腾传热实验研究.加热元件为长30 mm、直径60 μm的铂丝.实验工质为O.1 MPa压力下过冷度为24℃的R113.在地面常重力和落塔短时微重力实验中,观测到核态沸腾和双模态过渡沸腾现象.对核态沸腾,微重力传热效果稍有增强而汽泡形态却呈现出剧烈变化.对双模态过渡沸腾,微重力下膜态沸腾部分有明显收缩,但热流密度值仍比常重力时减小20%.     

多孔介质强化池内沸腾换热特性

为探讨多孔介质对强化池内沸腾传热的机理,在38×3mm的容器内上,应用多相流VOF模型,耦合多孔介质流动与传热模型,通过添加用户自定义程序实现了对光滑和多孔加热壁面的池内沸腾传热过程进行数值模拟。数值模拟结果与实验结果相符合,所建立的数学模型为多孔介质的沸腾传热研究提供了依据。     

液体过冷度对沸腾换热中汽泡合并及传热的影响

本文对三种过冷度下,微尺度加热片阵列上的沸腾换热现象做了实验研究,实验采用两组核化点,每个核化点包含12个大小约为0.1 mm×0.1 mm的微型加热片。利用高速摄像技术从汽泡的底部对汽泡生长及合并现象进行观测,并用高速数据采集系统同步记录不同加热片热流密度.实验探究了不同过冷度下的汽泡合并现象,以及对应的汽泡直径变化规律、汽泡脱离频率和热流密度曲线。文章分析了不同的合并现象并探究了过冷度对沸腾传热的影响。     

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.