封闭腔水膜闪蒸汽液界面瞬态传质系数的实验研究

以膜渗透理论为依据,通过搭建水膜闪蒸实验台,对水膜闪蒸汽液界面的瞬态传质系数进行了实验研究.实验中液膜厚度为0.02～0.10 m,过热度为10～20℃,真空腔压力为0.005～0.015MPa.结果表明,实验条件下界面传质系数的变化范围为0.08～16.77 m/s.在相同条件下,该系数随初始过热度或初始液膜厚度的增大而减小.闪蒸过程中,该传质系数随液膜厚度的减小或真空腔压力的升高而迅速减小.     

水在螺旋盘管内的换热及压降特性研究

螺旋盘管及螺旋套管换热器因其优越的结构特性和高效的换热效率,在制冷、空调、热泵、化工等领域内都得到了广泛应用,研究水在这类换热器中的对流换热与压降具有重要的实用价值。文中对水在4种不同结构参数的螺旋盘管换热器内的换热及压降特性进行实验研究,工况范围:Re为4 000~9 000,水的体积流量为200~350 L/h,加热功率为80~350 W.实验结果表明:水的平均换热系数与压降均随Re的增加而增大,相同Re时,最大平均换热系数出现在SC型螺旋盘管中,这是因其最小的弯曲半径所致;水在BE型螺旋盘管内的压降最大,SC型次之,这是因管长与弯曲半径共同影响所致。平均换热系数随加热功率的增加而增大,相同加热功率时,水在SC型螺旋盘管中的换热系数最大,BE型始终大于SE型,而BC型随水流量的不同而异。实验结果与计算结果的比较表明:螺旋盘管的换热强化作用随Re增大而逐渐减弱,在4种螺旋盘管中,SC型具有最佳的换热强化效果,这一结果与实验结果相吻合。研究结论为螺旋盘管及螺旋套管换热器在诸多领域内的应用提供了参考依据。     

水平管外降膜流动液膜厚度数值模拟

建立了水平管外液体降膜流动过程的物理数学模型并对其进行了数值模拟研究,将模拟结果与文献中的理论值和实验值做了比较,变化趋势吻合较好.通过计算不同雷诺数下沿管壁周向的液膜厚度及液膜分布情况,分析了结构和流动参数对液膜厚度与分布的影响规律.结果表明:液膜厚度随雷诺数的增大而增大;当雷诺数一定时,管壁周向液膜厚度呈先减小后增大趋势并随管间距的增大而减小,并且随着雷诺数的增大,管壁周向液膜波动增大且易出现"干区".     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

TC11钛合金与5CrMnMo模具钢间接触换热实验研究

基于稳态热流法,利用自制的接触换热系数测量装置对TC11钛合金与5CrMnMo模具钢间的接触换热进行测试,探讨了界面荷载、界面温度、接触面粗糙度和玻璃润滑剂对接触换热系数的影响.实验结果表明:接触换热系数随界面荷载的增加而增大,且与界面荷载的幂指数函数近似成正比关系;接触换热系数随界面温度的升高总体上呈增大趋势;在相对较小的粗糙度范围内,产生接触换热系数随接触面粗糙度增加而增大的反常现象;玻璃润滑剂的存在使接触换热系数降低了1～2个数量级,厚度的影响尤其明显.     

压力和氧化作用对热冲压界面换热系数的影响

针对热冲压过程中钢板容易氧化的特点,测定了不同保温时间下板料氧化皮厚度的变化情况,利用自制实验装置测量热冲压板料和模具的温度,运用有限元软件模拟热冲压板料与模具之间的热交换过程,并结合最小二乘法求解压力1~10 MPa和氧化皮厚度9~135μm条件下的等效换热系数,分析了板料的氧化作用和压力及其交互作用对换热系数的影响.结果表明:换热系数随着板料氧化皮厚度的增加而逐渐减小,且其降幅逐渐趋缓;随着压力增加,换热系数增大,且与压力保持幂函数的增长关系;压力增加将导致氧化皮破裂,使其氧化作用对换热的阻碍效果逐渐减弱,而换热系数对压力的敏感性随着氧化皮厚度的增加而增强.同时,将氧化皮厚度、压力和换热系数进行整体拟合,得到了换热系数随氧化皮厚度和压力变化的关系式.     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

存在温度梯度的竖直壁面Marangoni 凝结换热特性研究

对水-酒精混合蒸气在表面存在温度梯度的竖直壁面上的Marangoni凝结换热特性进行了实验研究,并观测了混合蒸气的凝结形态.实验结果表明:凝结表面不同位置的换热系数不同,温度梯度大的位置凝结换热系数较大;当酒精蒸气的质量分数wv=0.5%,1%时,凝结换热系数随过冷度单调减小;当wv≥2%时,凝结换热系数与过冷度的关系为含有最大值的非线性特性关系;在相同条件下,wv=1%时的凝结换热系数最高,wv=0.5%时的次之,wv≥2%以后,凝结换热系数随酒精含量的升高而减小.与仅由浓度梯度引起的Marangoni凝结相比,本实验中由浓度梯度和温度梯度共同驱动的凝结换热更强.初步的理论分析也表明,凝结表面上的浓度梯度和温度梯度共同作用使水-酒精凝结液表面的表面张力梯度增大,Marangoni对流加强,凝结换热进一步强化.     

环形孔式节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响

采用数值解析法分析了环形孔节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响.仿真结果表明:气膜承载力随承载面直径、节流孔直径和进气压力的增大而增大;气膜刚度随承载面直径和进气压力的增大而增大,随节流孔直径的增大而减小;气膜刚度随气膜厚度增加时呈现出先增大后减小变化规律,在中间某一气膜厚度出现最大值.数值分析结果将为空气静压轴承节流器数量、排列组合方式、单个节流器设计参数合理选取提供理论参数.     

R417A在水平光滑管和内螺纹管中的流动沸腾换热

对非共沸混合制冷剂R417A在外径为9.52 mm的水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中的流动沸腾换热进行实验研究,分析讨论了制冷剂质量流速、热流密度、干度、强化管参数对换热系数的影响规律和影响机理.实验结果表明:换热系数随着质量流速的增大而增大.在以对流蒸发占优势的换热区,热流密度对换热系数的影响较小;换热系数随着干度的增大先呈现出增大趋势,增至高峰值后又迅速下降,高峰值随热流密度的增大和质量流速的减小向干度较大的方向移动;内螺纹管能有效强化制冷剂的流动沸腾换热,R417A在2种内螺纹管中的换热系数分别比在光滑管中高出130%~210%和150%~270%.     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

溴化锂溶液竖管内降膜蒸发传热性能分析

为了直接高效利用低温烟气余热驱动制冷,对不同热流密度、不同浓度溴化锂水溶液竖管内层流降膜蒸发的传热性能进行了实验研究。结果表明,降膜传热系数随溶液进口浓度升高而减小,随热流密度增加而显著增大。对实验数据进行多元线性回归计算,得到实验范围内降膜传热系数关联式。用该关联式设计降膜蒸发传热的降膜式发生器,并对相同传热量的沉浸式发生器进行设计,性能对比表明,降膜式发生器在传热系数、换热组件重量和体积上有十分显著的优势。     

空气-水鼓泡流动的阻力与蒸发传热特性

实验研究了一种新的适用于蒸发冷却过程的鼓泡装置的阻力与传热特性.实验中将换热盘管浸没于空气-水的鼓泡层中,空气-水两相流通过盘管的表面.这种换热方式可以极大的提高换热管与空气之间的换热系数,降低水泵功率的消耗,而且对气流速度的要求低于空冷式冷凝器.文中给出了空气穿过空气-水鼓泡层的压降以及盘管与冷却水之间换热的实验数据,该结果显示影响压降及换热系数的因素包括多孔板的几何尺寸,鼓泡层的高度,空塔速度及热流密度.换热盘管与冷却水之间的换热系数比管外降膜冷却的换热系数大2倍多.     

高温球体与水的沸腾传热特性研究

为研究高温流体与水的传热特性,采用理论分析与自由界面追踪数值技术对高温球体表面的沸腾传热过程进行研究,得到球体表面传热特性的变化规律. 分析结果表明,当球体温度不变时,蒸气膜层厚度自前滞点往后逐渐增大,膜层内温度呈非线性分布降低,速率呈抛物型分布. 当球体温度提高时蒸气膜层厚度变大,相应的蒸气速率峰值也变大,球面传热系数却变小. 数值仿真结果显示了气-液界面上不稳定性波动发展和气泡成长过程,较为真实地反映出沸腾传热的动态过程.      

Heat Transfer in the Microlayer Under a Bubble During Nucleate Boiling

Many studies have shown that a very thin liquid microlayer forms under vapor bubbles during nucleate boiling. The heat transfer from the surface to the bubble is then significantly affected by this microlayer and the curved region leading into the microlayer. Various models have been developed to predict the microlayer shape and the heat transfer along the curved interfacial region, but they tend to have inconsistent boundary conditions or unrealistic results. This paper presents a theoretical model to predict the microlayer thickness and the heat transfer rates for a variety of conditions. The results show how the wall superheat, the Hamaker constant, the bubble radius, and the accommodation coefficient at the interface affect the evaporation heat transfer rates and the microlayer shape for a large range of conditions for water and FC 72. The microlayer results are then shown to compare well with predictions made by solving the Navier-Stokes equations in the microlayer.     

蒸汽-兰炭换热与余热回收特性实验研究

利用自行搭建的蒸汽–兰炭气固换热实验系统,研究了整个料层内兰炭与蒸汽的换热及余热回收特性,分析了颗粒平均粒径、料层厚度、蒸汽流量对兰炭余热回收量和蒸汽?增的影响规律。实验结果表明:随着换热时间的增长,料层整体平均温度以先快后慢的趋势逐渐降低,有效换热系数逐渐减小,热回收量和蒸汽的?增上升;增加料层厚度、减小兰炭颗粒的粒径、提高蒸汽流量有利于有效换热系数的增加,有效换热系数的范围在3.5～52.0 W/(m~2·K)之间。此外,拟合出了粒径、料层厚度、蒸汽流量、料层整体平均温度与有效换热系数的实验关系式。