微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

滑移流区定热流密度加热下微矩形槽道内的换热

利用正交函数法对定热流密度加热条件下,气体在微矩形槽道内层流热充分发展滑移流动的换热特性进行了理论分析,获得相应条件下的NusseIt数计算方法及换热特性计算式,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及动量协调系数和热协调系数等对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响,得到了微正方形槽道的平均换热系数关联式。结果表明：微矩形槽道内的平均NusseIt数低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的NusseIt数,且随Kn数的增加而减小,微槽内平均NusseIt数随高宽比变化的曲线也越平坦。     

碳纳米管悬浮液在微槽道热管中的应用

在稳定运行压力条件下,对水基多壁碳纳米管(MWNT)悬浮液为工质的水平轴向微槽道热管换热特性进行实验分析.结果表明：由水基MWNT替代去离子水后,热管性能得到改善,壁面平均温度明显下降;微槽道热管的蒸发换热系数最大提高80％;最大热流密度提高25％;热管总热阻下降了50%左右.运行压力对热管换热性能有明显影响,压力越小,MWNT悬浮液对换热特性的强化作用越显著.热管热阻和最大换热能力均随MWNT浓度的增加而提高,而当MWNT浓度增加到一定值后又随之下降,最佳浓度在2.0％左右.     

竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究,并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型.研究结果表明,理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低,矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响.     

竖直矩形微槽道内的饱和沸腾换热研究

对去离子水在三种不同结构尺寸的铝质矩形微槽道内的饱和沸腾换热特性进行了试验.结果表明,在试验条件下,其中去离子水的换热特性较常规尺度有所增强,且其强化换热性能随微槽尺寸的减小而增大.最后,由实验数据拟合出了热流密度与壁温过热度、热流密度与换热系数的关系式.     

竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究，并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型。研究结果表明，理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低，矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响。     

铝基微通道内纳米流体饱和沸腾及可视化研究

分别以去离子水及质量分数为0.3%,0.6%和0.9%Al2O3纳米流体为工质,在截面宽×高为0.3 mm×2.0 mm矩形铝基微通道内进行沸腾换热实验,并利用高速摄像仪进行可视化研究,分析热流密度、雷诺数、壁面粗糙度对流体传热系数的影响,探究流体流型变化与气泡生长规律。研究结果表明:纳米流体与去离子水的饱和沸腾传热系数随热流密度的增加而快速增大,努塞尔数Nu随雷诺数Re增大而增大但增幅不同,质量分数为0.3%,0.6%和0.9%的3种纳米流体的Nu比去离子水的Nu分别提高约8%,13%和16%;在相同热流密度及质量流速条件下,纳米流体与去离子水的传热系数均随传热壁面粗糙度的增加而增大;流体流型的变化呈现周期性,增大热流密度,可缩短气泡生长周期,泡状流比例增加。     

恒壁温下矩形微通道层流热入口段的换热特性研究

热入口段对于微通道的换热有重要影响,而雷诺数Re对层流入口段的换热影响经常被忽略.据此,采用Fluent软件计算了恒壁温热边界条件下矩形微通道的换热性能,分析比较了不同Re数和不同宽高比对努谢尔数Nu的影响.结果表明:在入口区域,Re数对局部Nu数的影响不能忽略,当Re数小于125时,局部Nu数变化尤为明显;在充分发展后,Re数对Nu数的影响消失;矩形通道宽高比对局部Nu数的影响沿流动方向逐渐增大,在充分发展时达到最大值.此外计算了各工况下矩形通道的无量纲热入口段长度,发现在宽高比为3附近时,无量纲热入口段长度出现了最大值,该结果对微通道散热器优化设计具有一定的指导意义.     

气流在单壁面等温平行平板微槽道内完全发展层流换热

基于贴壁层模型和贴壁层内气体粘度与导热系数的变化规律,求解了平行平板微槽道内气体完全发展的二维层流换热,得到了一壁面绝热、一壁面等壁温的平行平板微槽道内的无量纲温度分布和对流传热系数,并与常热流边界条件下的求解结果作了比较.     

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.     

竖直槽道内蒸气向上流动凝结换热的实验研究

通过高速摄影仪拍摄手段,观察了制冷剂R410A蒸气在水力直径为14.34mm、长度为160mm的竖直矩形槽道内垂直向上流动凝结过程中壁面液膜的流动特征.实验结果表明:在饱和温度为28℃和质量流速范围为1.8~23kg·m~(-2)·s~(-1)实验条件下,随着质量流速的增大,壁面出现假滴状流动和层流波状流动,并且随着质量流速的增大凝结液膜逐渐增厚,液膜表面波动亦更加明显;槽道内的平均凝结换热系数随质量流速的增大出现先增大后减小的趋势.实验得到了槽道壁面测温点分割出的四段壁面的各段的平均凝结换热系数的沿槽道轴向的变化情况.     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

矩形通道内置加热板混合对流的实验研究

通过实验研究了中心截面带有加热平板的水平和倾斜矩形通道入口段的混合对流换热,该矩形通道和加热平板均采用高热导率材料制作,矩形通道外壁面绝热.实验过程中Re从334变化到1 911,管道倾角从-60°增加到60°.实验数据处理时采用壁面均匀恒定热流边界条件,处理结果与相关文献吻合较好.通过实验得到了管内平均Nusselt数和压力损失的分布.实验结果表明:换热系数是充分发展层流混合对流的2到3倍;当Re增加时,管内换热系数增加,压损随之增大;当Re较小时,换热系数和压损均随倾角的增大显著增大;当Re约增加到1 800时,角度变化对换热系数和压损的影响很小.     

基于杨氏理论的微型换热器传热壁面表面特性分析

微型换热器换热通道壁面的表面特性对流体流动沸腾特性有显著的影响.固体表面能常被用来表征微型换热器换热通道壁面的表面特性,可为微细通道中流体流动沸腾特性的研究提供理论依据;文中测量去离子水、乙二醇、甲酰胺在换热通道内侧左右壁面及底表面所形成的接触角,基于杨氏理论计算微型换热器换热壁面的表面能,并通过液滴的Wenzel模型分析微槽道内、外表面接触角差异形成的机理.研究结果表明:微型换热器换热通道内侧左、右壁面的表面能分别为5.2、5.6 MJ/m2,底表面的表面能为8.2 MJ/m2,微细通道内表面特性差异是由表面粗糙度不同造成的.     

微细通道内纳米制冷剂的流动沸腾传热特性

分别以0、0.031%、0.062%、0.155%、0.248%浓度的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂为工质,在水力直径为1.33 mm的矩形铝基微细通道内进行了流动沸腾实验,研究了不同浓度纳米制冷剂实验后槽道表面能的变化情况.结果表明:加入少量纳米颗粒后,壁面形成大量的活化核心,使得沸腾起始点ONB提前,强化了传热;浓度为0.062%纳米制冷剂的强化传热效果最好,传热系数比纯制冷剂最大可提高48.1%;当纳米颗粒浓度超过最佳浓度而继续增大时,颗粒在表面沉积现象越来越严重,使槽道表面能增大,换热热阻也随之增大,强化传热效果反而依次降低.浓度为0.031%、0.062%、0.155%、0.248%纳米制冷剂实验后的槽道表面能,比槽道原始表面能分别增长了0.47、1.39、1.89、2.14倍.     

发汗冷却湍流换热过程的数值模拟

为了验证湍流二方程模型在数值模拟发汗冷却过程的适用性,在PHEONICS3.3软件平台上采用两层k-ε湍流模型对无发汗冷却和有发汗冷却时的矩形槽道内湍流流动和换热进行了数值模拟。计算结果表明:发汗冷却使得边界层显著增厚,壁面摩擦阻力因数大为减小;随着冷却气体流量的增加,壁面温度和局部对流换热系数都大大下降。在注入率为1%左右时,发汗冷却段的壁面温度相对值降到了20%左右,局部对流换热系数相对值降到了50%以下。所得到的计算结果与已有关系式符合得很好:注入率在2%以内时误差小于10%。     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验天空

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题,在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数不流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管水平螺旋光管的热 效果作了比较,实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４－７倍,是光管的８倍。     

缸盖鼻梁区氧化铝纳米流体沸腾换热数值模拟

利用数值模拟软件CFX建立氧化铝纳米流体沸腾换热模拟简化模型,研究氧化铝纳米流体作为冷却液以改善缸盖鼻梁区换热效果问题;选取粒径为20、40、60 nm流体,每种流体设置质量分数为3%、5%、10%和20%等4组实验,外加纯基液进行对比,共13种纳米流体,研究其在简化模型中的冷却效果,分析火力面侧的气泡分布和热流密度,同时探讨传热强化的原因以及粒径和质量分数对传热的影响。模拟结果表明,氧化铝纳米流体均能够强化该区域的沸腾换热,纳米颗粒与基液的对流换热以及纳米颗粒与壁面的接触换热均使传热得到强化,且粒径和质量分数越大,强化传热效果越好。     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.