池沸腾中气泡生长过程的格子Boltzmann方法模拟

在通过引入精确差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型的基础上耦合能量方程,并考虑流体与固壁间的相互作用力来调节气泡与固壁间的接触角,从而建立了一种新的描述气液相变的格子Boltzmann理论模型. 为验证该模型的正确性,利用其对工质为水的相变过程进行了模拟,发现模拟结果与实验值符合良好;进而利用其验证Laplace定律,发现计算所得的水的表面张力与实验值甚为符合. 为考察该模型处理复杂相变问题的能力,利用其对工质为水的池沸腾中的气泡生长过程进行模拟,发现气泡脱离直径与g^{-0 关键词： 格子Boltzmann方法 池沸腾 气泡生长过程 接触角}     

表面活性剂对池沸腾换热的影响

本文以SDS(十二烷基硫酸钠)为表面活性剂,研究了在不同过冷度下SDS浓度对池沸腾换热的影响.结果表明在低SDS浓度下,沸腾换热在一定热流密度范围内得到显著强化.在不同过冷度下.均存在相应的最佳SDS浓度值,最大换热系数可达纯水的2～4倍.在饱和沸腾状态下,临界热流密度(CHF)随SDS浓度的增加而减小,沸腾曲线呈现三类分歧,且存在"S"型沸腾曲线及较明显的沸腾滞后现象.     

微重力下微结构表面强化沸腾换热研究

为了提高航天器中电子器件的冷却效率,本文利用干式腐蚀方法形成方柱微结构,通过控制加热电流方法,在北京落塔进行了持续3.6 s有效微重力时间的过冷FC-72池沸腾强化换热实验研究。研究结果表明:相比光滑表面,方柱微结构表面利用其独立于重力水平的毛细作用力,显著地强化了微重力沸腾换热。     

电场极性对池沸腾换热影响的实验研究

利用EHD技术对工质R123进行了非均匀高压电场下电场极性对池沸腾换热影响的实验研究.结果表明,无论加正、负电压,强化系数均随热流密度的增加而下降,最终达到稳定值;高热流密度下,正电压有较弱的强化效果,负电压对沸腾换热具有削弱作用;正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果.     

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%。     

氨水混合工质的池内核沸腾换热

对非共沸氨水混合工质的池内核沸腾换热系数在氨浓度为0～100％的范围内进行了测定,并对氨水混合工质的沸腾传热特性进行了分析。利用氨水混合工质独特的热物性,比较了Stephan-Korner,Schlunder和Inoue的双组分混合工质预测关联式,并得出了预测氨水混合工质的池内沸腾换热系数的关联式,其预测精度为±35％。     

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。     

放射状槽道与毛细芯复合表面池沸腾换热研究

本文将“米”字形放射状槽道强化面积大、气泡脱离阻力小与毛细芯成核位点多等优点相结合,设计加工出一系列铜基放射状槽道与烧结毛细芯耦合散热表面,在10 K、20 K和30 K三个不同过冷度下进行了HFE-7100池沸腾换热实验,得到不同表面在不同过冷度条件下的沸腾换热性能。结果表明,槽深对换热影响较大,耦合毛细芯的铜基散热结构可以进一步提高临界热流密度和换热系数。最大临界热流密度和换热系数分别可达130.1 W/cm²和0.94 W/(cm²·K),并对实验过程中的气泡动力学行为进行了分析。     

非均匀电场强化水的池沸腾传热特性实验研究与分析

本研究在工质水中布置针状电极,研究非均匀电场对其池沸腾换热过程中传热系数以及临界热流密度的影响,同时测量了不同电压下沸腾表面接触角的变化,以及可视化的观察到了气泡的产生以及脱离相对于无电场情况下的变化.结果表明,在低热流密度区电场强化传热,且强化效果随热流密度的增加而减弱.在中热流密度区电场恶化传热,恶化效果随着热流密...     

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。     

微重力下光滑表面上FC-72的池沸腾实验研究

本文利用小尺度光滑芯片(10 mmxl0 mmx0.5 mm),通过控制加热电流方法,在北京落塔进行了持续3.6 s有效微重力时间的过冷池沸腾实验研究.在低热流和中等热流区,微重力条件下可以观察到稳态或准稳态池沸腾现象,传热特性基本维持不变;在中等热流区域,气泡的横向合并会引起合并后的大气泡表面剧烈震荡,进而引发合并大...     

含油R134a水平强化管外池沸腾换热实验研究

本文对含Solest-120冷冻油的R134a,在饱和温度为5℃和10℃工况下,在水平高效强化管(管E21.为C3型管,管E22为A1型管)管外池沸腾换热进行了实验研究。实验结果表明:与相同管径的光管的换热性能相比,强化管E21、E22的管内传热系数强化倍率分别为3.703和3.035。随着含油浓度的增加,管外池沸腾换热效果得到优化,含油率为1.0×10~(-4)时的管外传热系数比含油5.0×10~(-5)时更高,在实验研究的水流速范围内,在蒸发温度为5℃时增加了3.7%～7.2%,而在蒸发温度为10℃时增加了0.8%～10.9%。从含油R134a的黏度、表面张力等的角度,对含油率高时换热系数大的结论进行了必要的物理解释。研究对开发设计蒸发器有一定实际的指导意义。     

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.     

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...     

通孔金属泡沫表面的池沸腾实验研究

本文对烧结有厚度为30 mm的高孔隙率通孔铜泡沫的水平表面的池沸腾进行实验研究.并采用高速摄像仪对泡沫表面的汽泡生长形貌进行了可视化研究,研究了壁面过热度对热流密度、汽泡脱离直径、汽泡生长周期的影响关系.结果表明由于本文所研究的通孔泡沫厚度较大,限制了汽泡的脱离,使传热性能低于光表面,但是使沸腾起始点降低至3℃.     

疏水表面减阻的格子Boltzmann方法数值模拟

采用格子Boltzmann方法的多松弛模型和Shan-Chen多相流模型对雷诺数为100的疏水表面方柱绕流进行了数值模拟, 分析了疏水表面接触角和来流含气率对方柱绕流流场的影响. 研究结果表明: 疏水表面接触角一定时, 来流含气率在一定范围内, 疏水表面具有减阻的能力, 超出这一范围时会出现阻力系数、升力系数升高的现象, 同时在方柱近壁面处伴随涡的形成产生了气团脱落; 当来流含气率处于适当水平时, 接触角越大, 绕流物体近壁面处含气率越稳定, 减阻效果越明显. 分析发现疏水表面减阻的关键在于保证近壁面处气层的稳定性, 此时接触角越大, 减阻效果越明显. 本文从含气率角度出发分析疏水表面的减阻现象, 为进一步探索疏水表面减阻机理提出了新的思路.     

短脉冲激光作用下丙酮液池沸腾现象的瞬态观测

本文对短脉冲激光作用下试件表面的温度变化和丙酮液体汽泡行为进行了瞬态观测,研 究了激光参数和细小金属颗粒等因素对丙酮液体沸腾行为的影响。结果表明：激光参数中,脉宽是 影响温度曲线和汽泡行为的主要因素,随着激光脉宽增大,大汽泡的长大时间和脱离直径减小;汽 泡长大速度与常规沸腾时的完全不同,没有出现等温生长阶段,在激光脉冲后很长时间内汽泡长大 速度快速增大;试件表面覆盖细小金属颗粒后,沸腾过程变得非常剧烈。