钢板超快速冷却条件下换热实验研究

采用汽雾射流冷却方式,在射流角为0°~60°时,研究了10 mm厚不锈钢板轧后超快速冷却过程中表面射流流动结构、换热区分布和钢板温降规律,分析了倾斜射流对钢板表面热流密度和冷速的影响.结果表明:射流角通过改变钢板表面滞止区和横向流区面积、水流密度、介质流动形态和流动速度,影响钢板表面换热形式和热流密度分布,进而影响超快速冷却冷速;射流角为30°时钢板平均冷速和临界热流密度均达到最大值,分别为146.5℃/s和2.75 MW/m~2.     

特厚钢板射流淬火过程厚向冷速实验研究

利用特厚钢板射流淬火试验装置,研究了15~35℃水温、1.0~3.0 m/min辊速对特厚钢板厚向冷速的影响,分析钢板在不同温降区间内的厚向温降、温度梯度和冷速影响因素.利用导热微分方程,采用反传热法计算钢板淬火温度场和冷速.结果表明:采用射流冲击淬火方式时,160 mm钢板心部冷速大于1.2℃/s;水温和辊速除影响钢板表面平均传热系数和换热形式外,还通过改变厚向温度梯度分布影响厚向冷速;水温或辊速升高,钢板厚向冷速降低,降低幅度与冷却强度、淬火时间以及钢板内部导热特性有关.     

中厚板辊式淬火机淬火过程的温度场分析

通过建立中厚板辊式淬火机淬火过程的热传导控制方程,分析了热交换系数、淬火方式对中厚钢板淬火过程中温度场的影响.分析表明,淬火过程中,一定厚度的钢板,换热系数在一定范围内增大时,对流换热边界条件对钢板表面及内部温度变化影响效果显著;中厚板辊式淬火机淬火过程的特点在于,钢板首先通过冷却强度很大的高压淬火区冷却,使板材内部保持很大的温度梯度,从而保证板材获得较大的冷却速度;在较低冷却强度的低压淬火区完成淬火过程,板材内部温度梯度减小,可降低板材内部热应力.     

冷却方式对特厚钢板淬火温度均匀性的影响

对特厚钢板采用水槽浸入淬火和超快冷连续淬火两种方式,对比分析持续冷却和间歇冷却对特厚钢板心部、近表面冷速以及厚向温度均匀性的影响规律,阐述特厚钢板淬火特有的心部导热和表面换热特征,建立优化的淬火工艺规程.结果表明,相比于持续连续式淬火,间歇连续式淬火能够在保持特厚钢板心部冷速不降低的前提下,显著减缓钢板表面冷速,提高了厚向温度均匀性.当水冷/空冷时间比为14左右时,优化效果最为明显.     

梯形微通道气液分相强化换热实验研究

针对微通道换热器强化沸腾换热,提出分段式梯形换热结构,该结构可实现气泡在表面张力驱动下间断性流向通道两侧,保持中间加热区为液体,实现气液分相流动,进而强化沸腾换热性能。采用无水乙醇为工质,实验研究直肋和梯形结构铜基表面在热流密度为160~320 kW/m²和工质流量为0.4~2.0 g/s时壁温、换热系数等参数变化规律。结果表明：在饱和沸腾区,梯形分相结构可有效实现气液分离,进而降低壁面温度,大幅提高换热系数;如在25 mm位置处,5段结构换热系数比平行结构换热系数提高了60.4%;在单相加热区,换热面积为主要影响因素,直肋结构换热系数略大,但换热系数比饱和沸腾时小一个数量级。平均换热系数分析得到5段结构微通道比平行结构微通道提高了53.8%,可见分段式结构可实现气液分相流动,有效提高沸腾换热的平均换热系数,增强整体换热能力。     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

泡沫铜微孔表面池沸腾换热特性的实验研究

利用改进电镀法制备了新型的泡沫金属铜微孔表面,通过扫描电子显微镜（SEM）测定泡沫铜上微孔表面的微观结构,实验以去离子水为工质,研究了光滑表面和微孔表面的池沸腾传热特性,获得了光滑和微孔表面的池沸腾传热曲线。研究结果表明,在相同的热流密度条件下,微孔表面的汽化核心在核沸腾区密度较大,可有效降低壁面初始沸点的过热度,显著提高池沸腾的换热系数,证明该表面可用于半导体制冷系统等大型功率电子器件散热。     

Sierpinski亲/疏水分形图案表面气泡分布及强化换热研究

针对芯片散热表面热流具有典型的中心高四周低的非均匀分布特征,设计制备了具有三阶Sierpinski地毯曲线分形特点的亲疏水交错润湿铜表面,并通过实验观测了气泡在典型的亲/疏水分形表面的动力学特性。结果表明,气泡会首先在预设的高阶疏水点处成核、生长,并呈现典型的分形特征,实现了初始气泡成核位置的可控分布;之后,相互邻近的疏水点上的气泡开始克服能垒而发生合并,同时伴随着高阶疏水区域的气泡向中央低阶区域的定向移动、合并过程,最终在中心一阶疏水区域形成大气泡。相比于光滑及疏水点阵表面,Sierpinski亲/疏水交错润湿表面不仅能够有效降低液体起始沸腾温度,提高沸腾换热的临界热流密度,而且可以规划气泡的成核点及移动、合并方向,进而实现气泡空间分布与加热壁面热流密度分布的协同一致。因此,具有Sierpinski分形特性的亲/疏水交错润湿表面进一步提高了沸腾换热性能。     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

高温平板上过冷水喷流冲击沸腾传热的最小热流密度点

运用两相流边界层理论，对高温平板上过冷水自由喷流沸腾传热曲线最小热流密度点所对应的稳定蒸汽层内蒸汽极限流动条件进行了理论假定，得到了计算最小热流密度点热流密度和壁面过热度的半理论式．公式系数利用现有实验数据拟舍得到．研究发现，最小热流密度与壁面过热度、喷流雷诺数的平方根成正比，而与喷流直径成反比．最小热流密度点的壁面过热度基本只与水过冷度线性相关．半理论半经验式能较好地预示实验结果．     

L12378圆形射流冲击和浸没冷却传热

以最新微电子设备冷却剂L12378为工质,首次试验研究了用圆形自由射流冲击模式电子芯片的局部对流换热的情况,测定了驻点换热系数的径向分布,发现驻点换热随射流Re数和热流密度的增加及喷嘴直么和喷距的减小而增强,自然对流数据表明小尺寸换热率比预算值高出3倍,严格按照沸腾传热试验程序得到了过冷度为24K时的池沸腾传热曲线。     

水在水平管束管外池沸腾传热的实验研究

通过对水在水平管束管外池沸腾的实验研究,探讨了沸腾换热系数随热流密度及沿管排高度变化的规律和内在机理．由实验结果发现：管束中各排测量管的沸腾换热系数明显高于单管池沸腾的情况;管束沸腾时存在管束效应,即随管排位置增高,起始沸腾点提前,沸腾曲线上移,沸腾换热系数增大;这种管束效应在部分核态沸腾时较强,而在充分发展核态沸腾时较弱;管束池沸腾的强化传热应归因于“滑移汽泡”及“诱发自然循环对流”机制．此外,还得出了管束池沸腾换热系数的经验关系式．     

平板滞止区内R-113的喷流沸腾临界热流密度

对高温平板滞止区内R-113的喷流冲击沸腾的临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究.考察了过冷度、流速、喷流直径等流动条件对喷流沸腾CHF的影响,建立了预示CHF的经验型方程,方程中的参数指数和系数由实验数据拟合得到.研究结果表明:过冷液体喷流冲击沸腾的CHF取决于过冷度、滞止冲击速度和喷流直径;得到的经验式能较好地预示实验结果.     

平板滞止区内水-氧化铜纳米流体的喷流沸腾传热特性

对高温平板滞止区内水-氧化铜纳米流体圆形喷流冲击沸腾的核态沸腾特性和临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究,考察了纳米颗粒质量分数、流速、过冷度等系统条件对喷流沸腾和CHF的影响,建立了预示核态沸腾的经验型方程.研究结果表明:水基纳米悬浮液的喷流沸腾换热特性与水相比大幅度降低,但CHF有较大增加;沸腾特性的变化主要来源于传热面表面特性的变化.     

紧凑管束蒸发换热器内水的沸腾强化换热特性

设计了一种新式满液型蒸发换热器,利用水平传热管管束间狭窄受限空间内早期沸腾强化换热机理和同一管束中两管缝隙强化沸腾换热机理,将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为充分发展核态沸腾换热,其换热性能大大优于传统的满液型蒸发换热器.对水平传热管管束在受限空间内沸腾强化换热的实验研究表明,这种水平管蒸发换热器具有良好的换热性能;管束距离和传热管在管束中的位置对各个传热管换热特性都有很大影响,且存在着一个最佳管束距离;随着压力增加,受限空间内沸腾强化换热的强化效果显著增强.