快速淬冷自动测试实验台的研制

介绍了一种新型高速淬冷装置的设计原理和研制,该测试台可以实现弹射速度的无级调节和沉浸速度准确测量,将其运用于研究球状小样品在液氮（ＬＮ２）中的超快速冷却,可实现较高的沉浸速度和冷却速度,发现随着样品直径的减小、液氮过冷度的增大,沸腾的最大热流密度和最大冷却速度急剧增大。     

液氮在弦月形通道中沸腾传热强化实验研究

首次利用极限偏心圆管形成的弦月形通道在液氮池中进行了两相流沸腾传热实验研究，实验结果表明，当热流密度达到９ｋＷ／ｍ＾２时，弦月形通道内的传热温差仅为１．１Ｋ，传热性能达到了目前一致公认的沸腾传热系数最高的烧结多孔表面管的同等水平，而其制造工艺、生产成本和运行操作等方面却大大优于后者。     

用淬冷法确定饱和液氮中的池沸腾热流密度曲线

用直径为５０ｍｍ、厚度为１２ｍｍ的铜平板在液氮中进行了不同热面方位角的淬冷沸腾实验,各方位角为θ＝０°（热面向下）、１０°、２０°、３０°、５０°和９０°（热面垂直）;随着方位角的增加,临界热流密度、最小膜态沸腾热流密度及其壁面过热度相应地增加,且在方位角θ＜３０°时,θ对上述参数的影响更大;得出ｑＣＨＦ、ｑｍｉｎ与方位角的关系式．     

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.     

高热流密度下高度对微小间隙通道内流动沸腾特性的影响

实验研究了常压去离子水在不同高度的微小间隙通道内的流动沸腾特性．实验热流密度为0～206 W/cm²，质流密度为200～400 kg/(m²·s)，间隙为1 mm和2 mm．结果显示，随着实验条件的变化，通道内出现了泡状流、清扫流、搅拌流，且在清扫流早期观察到不稳定流动现象．此外，间隙高度降低促进了流型的过渡，加快了不稳定流动的进程．1 mm通道内核态沸腾起始点的热流密度低于2 mm通道，表明间隙高度的降低更有利于气泡在低热流密度下成核；1 mm通道的过冷沸腾传热系数最高为2 mm通道的1.7倍，2 mm通道内饱和沸腾传热系数略高于1 mm通道．表明低热流密度下过冷沸腾时小通道具有更好的传热性能，高热流密度下饱和沸腾时大通道的传热稍具优势，同时表明间隙高度造成的传热差异随热流密度增大先增大后变小；1 mm通道内临界热流密度为2 mm通道的83%，表明间隙高度的降低会使得临界热流密度降低．     

液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究

对液氮在0．5－1．5mm狭缝通道内受迫流动沸腾换热的情况进行了研究,实验结果表明：液氮在弦月形猴缝通道中的受迫流动沸腾换热系数是传统大直径光管池沸腾的3－5倍,与热虹吸狭缝通道内沸腾传热相比,当热流密度高于10kW/m2时,受迫流动沸腾在换热温差和换热系数两方面有明显优势,液氮受迫流动沸腾换热系数随质量流速的增加而增加,随热流密度增加的趋势更为显著,狭缝间隙尺寸减少,换热效果增强,弦月形通道与环缝通道相比,在相同的条件下,弦月形通道显示更好的换热效果。     

水和水基磁性流体池沸腾传热的对比实验研究

对水和水基磁性流体进行了池沸腾传热的对比实验研究，以此来确定水基磁性流体的沸腾传热效果．实验结果显示，相同热流密度时，水基磁性流体的沸腾换热系数要比水至少增强2倍，且随热流密度的增加，其强化沸腾换热的能力增大．施加磁场后进一步强化磁性流体增强沸腾传热的效果，增强倍数可超过5倍。     

小样品在过冷液氮中淬冷时冷却速率的实验研究

本文通过小样品在常压过冷液中的淬冷实验，揭示了液氮过冷度和样品尺寸对小样品淬冷时冷却速率的影响．实验结果表明，增加液氮过冷度、减小样品尺寸均能有效地提高样品的冷却速率，对小生物体的低温保存和低温固定非常有利．     

小通道内碳氢化合物极限热流密度实验研究

针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压力下发生传热弱化时对应的热流密度为极限热流密度,对其影响因素进行研究,发现压力越高、质量流量越大、加热入口温度越低,极限热流密度越高;采用拟沸腾数对极限热流密度进行表征,并发现拟沸腾数与入口温度和压力相关,与雷诺数弱相关;基于实验数据,采用量纲分析方法得到综合影响因素下极限热流密度的预测公式,数据预测偏差在±10%以内。该研究结果可用于预测传热弱化现象的发生,为飞行器换热结构设计提供理论依据,进而保证飞行器整体的安全运行。     

微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m~2将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度DT_(sub)=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界热流密度.此外,改变入口流速和过冷度对临界热流密度有明显影响且趋势相同,减小入口流速和过冷度都会增大临界热流密度的提升比例.在本文的实验条件范围内,在水的流速v=0.1 m/s、过冷度DT_(sub)=10.0 K的条件下,实现了最高约43.4%的临界热流密度提升比例.     

卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化特性及其判断准则

为了探索卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化特性及预测准则,进行了以R134a为工质的实验研究.实验结果表明:在高干度区,低质量流速时一般内侧壁温先飞升,外侧壁温后飞升,但起飞点的间距较小,且飞升点在干度为0.73附近;高质量流速时,内、外侧壁温几乎同时飞升,飞升点发生在干度为0.78附近.进一步分析了临界热流密度与干度的关系及热流密度对平均传热系数的影响.根据实验结果,拟合出了适用于卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化发生时的预测模型,经实验验证,预测值与实验值吻合较好.     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

芯片表面微翅片强化FC-72流动沸腾传热

为采用高效传热技术来提高芯片的冷却效率 ,保证芯片的正常工作 ,研究了不带电介质FC 72在微翅片尺寸 (厚度×翅片高 )分别为 5 0μm× 190μm ,5 0μm× 2 5 0μm ,10 0μm× 15 0μm和 10 0μm× 30 0μm的 4种强化面芯片表面的流动与沸腾传热性能 ,探讨了FC 72过冷度对沸腾传热的影响 ,并与光滑面芯片的沸腾传热性能进行了对比 .实验结果表明 ,随着FC 72过冷度的增大 ,所有实验芯片的临界热流密度增大 .强化面芯片的临界热流密度所对应的壁温低于 85℃ ,而光滑面芯片的临界热流密度所对应的壁温高于85℃ .在相同过冷度下 ,强化面芯片的最大热流密度是光滑面芯片的 7～ 9倍 ,表明微翅片结构能显著地强化不带电介质FC 72的沸腾传热     

含油纳米制冷剂沸腾中气相与液相之间球形纳米颗粒的迁移特性

为了评估纳米制冷剂的沸腾传热效果以及球形纳米颗粒在制冷系统中的循环能力,采用称重法实验研究了纳米制冷剂沸腾中气/液相间球形纳米颗粒的迁移特性,重点考察球形纳米颗粒种类和粒径、制冷剂种类、润滑油浓度、热流密度和初始液位高度对球形纳米颗粒迁移特性的影响.结果表明： 球形纳米颗粒迁移率随球形纳米颗粒密度或粒径的减小而增大;制冷剂的动力学黏度越小、密度越大,其在完全蒸发时的球形纳米颗粒的迁移率越大;球形纳米颗粒的迁移率随润滑油浓度的增大而减小,随热流密度的增大而减小,随初始液位高度的增加而增大.     

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。     

新型板翅式冷凝蒸发器的传热特性研究

采用１ｍ长的新型板翅式单元作为工业用冷凝蒸发器的结构单元，对此单元试样进行了冷凝与沸腾传热特性的实验研究．实验结果表明：当热流密度达到６０００Ｗ／ｍ２时，其总的传热温差仅为１．１Ｋ，比通常结构的冷凝蒸发器的传热温差减小０．３～０．８Ｋ．根据单元试样的试验结果，选用优化结构尺寸，设计制造了用于１５０ｍ３／ｈ制氧机的新型板翅式冷凝蒸发器正式产品，对其进行了工业性试验．测试结果表明：传热系数达到７５４Ｗ／（ｍ２Ｋ），与原有产品相比，其重量减轻了３６％，体积减小了４０％．     

EHD强化微细槽道沸腾传热实验研究

在横截面为2 mm×2 mm的微细槽道内,以去离子水为工质,对EHD强化微细槽道饱和沸腾换热进行实验研究,得出不同的外加高压电场作用下,饱和沸腾段的热流密度与平均壁面过热度的关系曲线,分析外加电压对饱和沸腾传热系数的影响.研究结果表明,外加高压电场能在一定程度上强化微细槽道饱和沸腾传热,为探索EHD强化微细槽道饱和沸腾传热机理提供了一定的依据.     

狭缝流动沸腾强化传热机理的探讨

假定总热流密度来自对流和汽泡潜热两种成份的叠加,从理论上分析了狭缝通道中流动沸腾传热的机理,揭示了沸腾换热系数与通道尺寸之间的关系,从而证明了狭缝通道能强化传热,并以间隙为1mm和1．5mm的环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据进行了检验。     

中温碳钢—萘热管传热特性的实验研究

本文实验的基础上，对碳钢－萘热管的传热性能等进行了研究，在加热段内，管内的沸腾传热过程随热负荷的变化大致可分三个区域，即以自然对流为主的沸腾区，核化沸腾区和传热恶区，加热段的沸腾传热热阻随其径向热流密度的变化而改变。文章叙述了，在外界工况改变的情况下，萘热管内传热热阻的变化规律。本文用流体力学和边界层理论对重力试热管冷凝因 液的流动特性进行了分析，对液膜成膜厚度和膜内速度分布进行了论述。认为，在液膜较薄的区域，液膜流动特性较差，最容易造成液膜破断，发生局部传热恶化。在分析讨论中，就萘热管的某些传热特性和水热管进行了对比。     

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。