沸腾传热的机理

本文综述了近几年来关于沸腾给热的机理研究工作,对于汽泡的形戊．长大及脱离加热面时引起的流体力学状态作了论述。全文就以下几个方面的问题作了重点的分析： （１）影响沸腾传热的各项因素。 （２）在大容积内核状沸腾的机理。 （３）沸腾传热临界熟负荷的研究。 （４）含不挥发溶质的溶液佛腾给热。 （５）二元混合液的沸腾给热。 （６）管内沸腾给热。 本文除了介绍我们几年来就以上几个方面研究的结果,也对国内外最近在这方面的研究情况,作了扼要的介绍;最后,对今后研究工作提出了一些想法。     

液体金属的沸腾给热

对液态金属的沸腾给热重要性和前人的工作作了评述和介绍,用水平和垂直加热管进行 了纯汞及不同组成汞齐的沸腾给热作了实验,改变操作压力１～１１大气压,和汞齐中镁的含 量,钠的含量,在不同热负荷ｑ＝５０００～４７,０００大卡／米２·小时,以下研究沸腾给热系数的 变化规律,对实验结果作了分析和讨论。最后也提出了可供设计参考的经验公式。     

沸腾传热研究的发展现况

沸腾傳热研究近年来发展十分迅速。作者首先对这一研究工作的意义和目前研究涉及的领域做了介绍。并对其中大容积下沸腾傳热、管内沸腾、溶液佛腾给热、汽泡力学,临界热负流和其他问题等进行了文献评述。同时结合我们自己的研究工作经验,提出我们的看法,并荷、表面沸指出一些值得注意的研究方向。为了便于读者进一步了解涉及问题的具体内容,在后面附有约180篇最近时期文献目录,以供查阅。     

二元液体混合物的沸腾传热

关于二元液体混合物沸腾给热的初步研究结果已经在本学刊１９５９年第１期上介绍过, 但当时对苯～甲苯系统祗做了三组数据,还看不出其规律性。在本文中,虽然物料还是用酒 精～水,及苯～甲苯两组混合物,但组成变化较多,同时除常压下操作外,也做了不同程度 减压下的沸腾给热,对组成和压力对给热系数的影响作了探讨,最后并以准数方程式来归纳 实验结果,提出可供计算用的经验公式及准数方程式。     

管内沸腾传热

近年来,管内沸腾的研究工作有很大的开展,但由于对管内沸腾机理解释的不同实验范围和实验方法的不同,不同研究者对影响管内沸腾给热系数主要因素的分析分歧较大。本文讨论了他们的实验范围和研究方法,提出管内沸腾傳热的计算公式,应根据蒸汽含量的不同,可按下列三种情况,加以综合: 1.蒸汽含量较小,气泡的生成不影响到傳热的机理,这时给热系数可按一般强制对流公式计算。 2.蒸汽含量适中,可认为泡核沸腾是傳热的主要机理。给热系数和热负荷的关系和大容积下沸腾情况类同。 3.蒸汽含量很大,则可用两相流动和傳热的研究成果进行类比来综合数据。Ⅰ.一般情况:近三十年来,很多研究者在这方面做了不少工作。但由于他们对管内沸腾机理的介释不同,实验方法和实验范围的不同,因而一些影响管内沸腾给热的主要因素如:循环速度(在自然循环是相对液面高度)热负荷、管子的几何尺寸究竟对沸腾时给热系数的影响多大,不同研究者的实验中相差很大,甚至得出完全相反的结论。本文想尽可能分析他们的实验范围和研究方法并提出自己的看法。Ⅱ.第一类的研究方法是比较宏观的,他们不考虑给热系数α沿管长的变化而用平均给热系数来处理数据。在整理方法上,有的用纯经验办法如:Brookes Badger,Stroebe和Cessua等人得出了求α的纯经验公式。这些公式在应用时局限性很大,公式与公式间相互矛盾的地方很多。另一些人则采用因次分析和相似方法得出准数关系式来处理数据,如:Caulson,Kirschburm,(?)。     

沸腾传热临界热负荷的准数综合式

沸沸腾傳热有核状沸腾与膜状沸腾之分。在核状沸腾时给热系数很大,而且随着热负荷升高,给热系数a也不断地增加。但是热负荷超过某一临界值q_(kp)时,给热系数a剧烈下降而发生膜状沸腾。如果热负荷不变,即与膜状沸腾发生的同时壁温剧烈升高,出现“烧毁”现象。所以临界热负荷乃是一切存在沸腾傳热的设备的实际操作极限。因此,近年来临界热负荷的研究引起了广泛的注意,出现了一些理论分析和实验数据。但现有的一些计算公式,不是过分简化不能全面反映各种物性因素的影响,就是缺乏明确物理意义而不便于计算。本文乃是在研究沸腾傳热之临界负荷与流化床临界气速类似的概念基础上,提出一个准数方程式,以全面综合过去和新近各种条件下各种物料的沸腾临界热负荷数据。     

高效沸腾传热强化表面的研究

本文报道了肋形隧道机械加工表面多孔管(JK—2管)单管管外池沸腾实验。实验工质为R—113和R—11。实验结果表明:对R1131质,JK—2管沸腾给热系数比光滑管高2.5～15倍,临界热负荷高约100%;对工质R—11,JK—2管的沸腾给热系数比光滑管高1～10倍;与机械加工表面多孔管(JK—1管)相比,在工质R—11和R—113中,沸腾给热系数高20%～150%。并建立了一个预报值与实验值误差在±15%以内的准数关联式。     

人工表面上二元液体混合物沸腾传热的研究

本文对二元液体混合物的沸腾传热机理进行了探讨。由于加热表面性质对二元混合物佛 腾给热系数的影响很大,所以用机械方法在加热表面上,做成一些凹孔作为固定的汽化中 心,在此种表面上,可保证在一定的热负荷范围以内,汽化中心数与液体种类、混合物的组 成和过热度三者均无关。选择了乙醇──水,正丙醇──水,苯──甲苯和乙醇──苯四种 二元系统进行沸腾实验并与普通表面上的实验结果作了比较。     

加热段单侧竖壁受热的两相闭式热虹吸管的模型及分析

以一种用于大功率半导体元件冷却的加热段单侧坚壁受热的两相闭式热虹吸管为研究对象,提出了包括界面剪切力及池沸腾等复杂流动、传热现象在内的热虹吸管综合模型,并对稳态情况作了描述.在稳态时,对所给定的边界条件,给出了模型的估计值,并对热虹吸管的传热极限以及影响热虹吸管传热特性的几个主要因素进行了讨论和分析.     

固体溶质溶液的沸腾传热

长期以来,错误地认为溶液沸腾机理与纯物质的沸腾完全相同,只是物性有差异而已,所以总是想把纯物质的给热系数计算公式直接用于溶液。由于误差很大,于是将这些准数关系式的系数,指数加以修改以适应某些盐类溶液的计算需要。但由于没有找到溶液沸腾的基本特点,所以不能普遍应用。 我们认为,由于不挥发性的溶质存在不仅是改变了溶液的物性,而且沸腾机理也发生了本质的变化。在考虑了扩散传质的影响,作了理论上的分析;同时进行了不同溶质,不同浓度和不同操作压力下的实验研究,提出了新的准数关系式,初步得到了可以应用的计算公式。     

流动沸腾传热的影响因素分析

用高粘流体进行了垂直管内流动沸腾传热实验研究，建立了流动沸腾传热给热系数关系式。     

高粘流体流动沸腾传热实验及流型

在垂直管内用高粘假塑性流体进行了流动沸腾传热实验,观察到一种新的流型,建立了流动沸腾传热给热系数关联式.     

耦合引射器和沸腾池的环路热管传热特性研究

为了解决环路热管的热泄漏问题并提高其最大热流密度,本文提出了将引射器和沸腾池耦合于环路热管结构中。引射器由蒸发器产生的蒸汽驱动,抽吸补偿腔内的热液体以移除热泄漏并为沸腾池供液,而加工了柱状微结构强化表面的沸腾池则是实现高热流密度散热的主要部件。首先实验研究了该环路热管在不同热负荷下的变工况运行特性和稳态运行特性;然后根据运行温度以及主要部件的质量和能量守恒计算了环路热管内部的流速分布并定量评估了引射器对移除热泄漏的贡献;最后比较了本装置与传统环路热管的传热性能。结果表明该环路热管具有良好的变工况运行特性,热负荷变化后能快速建立新的稳态。适当增加蒸发器的热负荷有利于提高沸腾池的传热极限。当蒸发器热负荷为200 W时,沸腾池的极限热负荷为550 W,对应的热流密度高达114 W·cm^-2,高于大多数传统环路热管。此外,得益于热泄漏的及时移除,本环路热管能在热泄漏占比高达28%时稳定运行。这些结果表明该环路热管有望运用于高热流密度和多热源系统的散热。     

泡状沸腾时的壁面热物性效应

本文运用液体泡状沸腾换热的微层导热汽化机理,对加热壁面的热物性效应进行了理论和实验研究。利用不同物性、不同厚度的涂层,测定了相应的沸腾换热系数,证明了加热面材料热物性综合数(λρc)对泡状沸腾换热具有很大的影响,提出了一个考虑壁面热物性效应的泡状沸腾换热的修正准则关系式。     

R12在水平管内流动沸腾换热实验研究

本文对R12在水平管内流动沸腾换热特性作了实验研究。实验结果表明,管内流动沸腾换热与单相对流换热一样,存在热进口效应,国外早期的实验数据由于未能考虑热进口效应而偏大。实验结果还表明,水平流动沸腾周向不均匀换热主要受流动结构影响;截面平均换热系数则与质量流速、热流密度、质量干度和蒸发压力密切相关。分析实验数据证实,流动沸腾换热是由气泡产生而引起的流动充分发展核态沸腾和双相对流蒸发两部分组成的。本文的实验数据与国外已有的换热关系式能较好吻合。     

溶液的沸腾给热

本文讨论了双元混合物和含不挥发分子溶液之佛腾给热。使用了两个大容积下沸腾的试 验设备进行了两组试验。第一组双元混合液在水平圆管外沸腾,所用物为酒精一水,苯－甲 苯等。第二组为糖和硝酸铵水溶液在圆一钣上沸腾。结果整理成 α＝Ｃｑｎ 的形式,供相似条件下设计用。同时对溶液沸腾的规律进行了探讨。     

热虹吸管间歇沸腾频率的研究

本文通过定性观察，实验测量和理论分析研究了热虹吸管内间歇沸腾这一重要现象。提出间歇沸腾的频率是一个关键的物理量，并对其进行了理论和实验分析，得到了间歇沸腾频率的理论关系式。在对间歇沸腾频率的各个影响因素分析的基础上，对理论关系式进行了修正和简化，得到了工程上实用的计算间歇沸腾频率的半经验关系式。本文的研究结果为判别热虹吸管内流型和传热方式提供了依据，为进一步研究管内换热打下了基础。     

热虹吸管内脉冲沸腾强度的研究

本文用理论和实验的方法研究了热虹吸管内脉冲沸腾现象，重点介绍了反映脉冲沸腾强度大小的量，即有效高度，并推导出了它的表达式。理论分析结果和实验数据基本上吻合。本文的研究结果为热管换热器的传热现象研究提供了新的概念和方法。     

微槽表面对临界热负荷强化作用的实验与理…

研究了微型板表面流动沸腾临界热负荷，考察了微型槽结构对临界热负荷及过渡沸腾的强化作用的影响，提出了分析表面微型槽强化机理的物理模型，从理论上预示其强化效果，理论和实验结果极好地一致，并证实微量槽结构可明显提高加热平板的临界负荷，强化过渡沸腾传热。     

水／有机多元醇混合工质沸腾传热性能的研究

在石油化工,原油炼制等工程领域,有相当部分的设备是重沸器,蒸发器及废热锅炉。它们均与多组分混合物的沸腾传热过程密切相关。虽然前人对混合工质沸腾传热过程进行过一些研究,但与对纯工质沸腾传热研究相比,无论在深度和广度上仍有相当大的差距,远未能满足工程设计的需要。所以,开展对多组分混合物沸腾传热研究,尤其是研究不同组成配比,不同操作压强及真空度下的传热特性,以揭示混合工质沸腾现象的实质以及影响因素,对石油化工,减压分离装置的重沸器,蒸发器的选用有一定参考价值。本工作将研究水/乙二醇,水/二甘醇混合工质在精馏设备的再沸器中沸腾传热性能,以便为其工业应用做些基础工作。