低压下碳纳米管悬浮液的池内沸腾换热特性实验研究

以水一多壁碳纳米管(MWNT)组成的纳米悬浮液为工质,在不同运行压力和不同悬浮液质量分数下对平板上碳纳米悬浮液的池内沸腾换热特性以及临界热流密度(CHF)进行了实验研究.结果表明:压力对沸腾换热系数和CHF有强烈影响,沸腾换热系数强化效率和CHF强化效率随压力降低而大幅度增加;碳纳米管悬浮液质量分数对沸腾换热系数和CHF也有重要影响,存在着一个最佳质量分数对应最大换热系数强化效率,该最佳质量分数为2.0%.研究证明,以水-多壁碳纳米管组成的纳米悬浮液可以明显地强化低压条件下池内沸腾换热特性.     

固体颗粒强化泡状沸腾换热机理的研究

在液体中加入固体颗粒添加剂是强化沸腾换热的一项新技术，本文讨论了加热面附近颗粒－液体－蒸汽三相流动工况，着重分析了处于流化状态的固体颗粒强化沸腾的机理，获得了流化颗粒床泡状沸腾的计算式．     

纳米流体池内沸腾时传热面上的吸附和烧结现象

对纳米流体池内核态沸腾进行了研究.沸腾传热面为水平加热面,基液使用蒸馏水和乙醇,纳米颗粒使用CuO和SiO2,扩散剂使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS).实验发现:对于添加了扩散剂的水基纳米流体,在壁温超过大约112℃后,传热面上出现烧结层,沸腾实验无法继续进行;没有添加扩散剂时,传热面上有极薄的颗粒吸附层形成,表面粗糙度和固液接触角都减小,可以获得完整的核态沸腾曲线,换热特性比纯水有所降低,临界热流密度有较大增加;对于乙醇纳米流体,无论是否添加扩散剂,传热面上都没有出现烧结层.实验以扩散剂对池内核态沸腾换热表面特性的影响为研究重点,证明了壁温和扩散剂是产生传热面烧结现象的主要因素.     

纳米流体在回路型重力热管中的沸腾传热特性

对回路型重力热管蒸发段中氧化铜-水纳米流体的沸腾传热特性进行了试验,分别讨论了纳米颗粒的质量分数wCuO,工作压力p等参数对沸腾换热系数和临界热流密度的影响.结果表明：母液中添加适当浓度的纳米颗粒可以同时强化沸腾换热系数和临界热流密度;工作压力对沸腾换热系数有显著影响,而对临界热流密度的影响十分微弱;热管蒸发段的临界热流密度随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后保持稳定;而沸腾换热系数也随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后反而逐渐降低.临界热流密度强化机理主要来自于纳米颗粒在加热表面形成的吸附层;而沸腾换热系数强化与吸附层和纳米流体自身物性变化均有关系.     

含碳纳米管悬浮液的稳定性

在水中加入碳纳米管制备了含碳纳米管悬浮液(纳米流体),研究了几种典型类型的表面活性剂:十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)及乳化剂OP对纳米流体稳定性的影响,通过静置和离心分离等手段研究了其稳定性,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌进行了表征.结果显示,未加表面活性剂时碳纳米管不能均匀地分散到水中,而添加了表面活性剂的纳米流体的稳定性大幅度提高,能够稳定存在数月,而且表面活性剂质量浓度存在一个最佳值,此时纳米流体的稳定性最好.在3种表面活性剂中非离子型表面活性剂乳化剂OP作为分散剂时碳管纳米流体的稳定性最好.     

纳米颗粒悬浮液稳定性分析

讨论纳米颗粒悬浮液的稳定性问题，对不同颗粒、不同基液制备的悬浮液稳定性进行了实验研究，在此基础上，探讨颗粒与基液的密度、颗粒的等效直径、基液动力粘度等因素对悬浮液稳定性的影响。结果表明：颗粒等效直径与基液动力粘度对悬浮液的稳定有决定性作用。     

混合制冷剂沸腾传热模型及经验方程

混合工质的传热系数非常低,采用机械加工表面多孔管可以大大提高了其沸腾传热系数,本文建立了混合制冷工质在机械加工表面多孔管外沸腾传热过程的模型,并推导了其沸腾传热膜系数的经验关联方程,在实验范围内,该经验方程与实验数据的最大偏差不超过１３．８％,平均偏差小于４．９７％《     

纳米颗粒悬浮液有效导热系数的分形模型

运用有效介质近似和分形理论描述纳米颗粒团聚体及其粒径分布,同时考虑颗粒表面吸附作用和颗粒本身尺寸效应的影响,建立起纳米颗粒悬浮液有效导热系数的预示计算模型、计算结果表明,分形模型能够反映低浓度纳米颗粒悬浮液有效导热系数的变化趋势,并与直径50nmCuO颗粒悬浮在去离子水中的实测结果相符.     

纳米流体强化传热特性研究进展

综述了纳米流体强化传热特性的研究现状,着重论述了纳米流体的制备、强化传热特性和强化传热机理。最后指出了纳米流体研究中存在的局限。     

竖直矩形细通道内的水沸腾换热特性

以宽度为1.0 mm和0.1 mm的竖直矩形细通道内的沸腾换热特性为研究对象,运用数值模拟的方法探索气泡生成、长大和脱离的过程,通过几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响。计算中考虑重力、表面张力和壁面黏性的作用。研究结果表明:通道宽度的不同对气泡生长方式和气泡形态产生很大影响,且核态沸腾换热系数随着细通道宽度的减小而增大;表面张力在细通道沸腾换热过程中所起的作用明显增大,证明细通道有强化换热的作用;由于数值计算中进行了理想化假设,导致数值模拟的沸腾传热系数比现有细通道沸腾传热实验传热系数普遍偏高。     

沸腾传热研究

探讨和阐述了沸腾传热的基本特征和有关机理,认为：沸腾要在液相中产生一个新的蒸气相,[过程要在一个远离平衡的条件下进行,要有一个过热度ΔTsat沸腾泡核长大时,其底部产生了一极薄的液体微层,形成十分显著的界面汽化热阱效应,使其产强,界面汽化热阱效应值可以用实验方法测得;沸腾中包含了众多沸腾泡核的生长,长大,脱离以及由于沸腾气泡的扰动增强了的对流传热等一系列子过程,这些子过程按照自组织原理形成了一定的时间序列与空间序列,情况十分复杂,要深入阐明沸腾传热的过程机理,应对这些子过程作过程动力学研究,并阐明其相互作用的复杂关系,另外还对“沸腾滞后”和“核沸开始时的壁温过冲”进行了探讨。     

表面活性剂水溶液池核沸腾换热试验

在对3种表面活性剂SDS,Triton X-100和Triton X-114进行热重分析试验和对其溶液进行热稳定性试验的基础上,对3种表面活性剂的不同浓度溶液在常压下进行了池内核态沸腾换热试验,并对汽泡行为进行可视化观察.结果表明,200℃以内,3种表面活性剂的热稳定性好,3种表面活性剂溶液持续沸腾4 d而其表面活性基本不变.和水相比,表面活性剂强化池内核态沸腾换热的最佳浓度为临界胶束浓度(CMC);不同种类表面活性剂强化换热程度不同,它们与表面活性剂的溶解特性、离子类型和化学结构有关;溶液沸腾时,沸腾汽泡的脱离直径变小,脱离频率变快和更不易聚集,但非离子表面活性Triton X-100和Triton X-114由于存在浊点其沸腾溶液变浑浊.     

EHD强化沸腾换热的模型分析

在分析沸腾及EHD强化换热理论的基础上,结合R11工质在垂直管内受直流高电压作用下的沸腾换热试验数据,提出EHD强化沸腾换热的数学模型;模型计算与试验结果的相对误差小于±30%.     

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。     

电极对EHD强化沸腾换热的影响

通过综合国内外EHD强化沸腾换热的最新研究成果，分析了电极的形状，位置，材料和极性对EHD强化沸腾换热的影响，并指出了该领域的研究方向。     

添加剂稀溶液的流动沸腾传热模型

实验介质为水,所用的添加剂为2种不同相对分子质量的聚丙烯酰胺(简称PAM)和表面活性剂十八烷胺(简称ODA),在溶液质量流率为30．37～188．31kg／(m2·s)．此外,在热通量为15～47kW／m2的条件下,研究了不同浓度的添加剂稀溶液在垂直铜管内的流动沸腾传热情况,以双机理模型为基础,建立了相应的流动沸腾传热模型．结果表明,用此模型方程计算流动沸腾传热系数,与实验值相比其误差在15％左右．     

Subcooled boiling of nano-particle suspensions on Pt wires

An experimental investigation is conducted to explore the subcooled boiling characteristics of nano-particle suspensions on Pt wires. Some phenomena are observed for the boiling of water-SiO2 nano-particle suspensions on Pt wires. The experiments show that there exist not any evident differences for boiling of pure water and of nano-particle suspensions at high heat fluxes. However, bubble overlap phenomenon can be easily found for nano-particle suspensions at low heat fluxes, which probably results from the increase of the attracter force between bubbles and of the bubble mass.     

圆柱形和三角形电极的EHD强化管内沸腾换热试验研究

以R-123为工质,对圆柱形电极和三角形电极进行了电水动力学(EHD)强化管内核沸腾换热试验研究。试验换热管为垂直套管式,外层为加热水路,内层为工质回路,中心布置着电极。电场强度范围为0～2.133MV/m,热流密度范围为1.5～10.0kW/m2,换热系数的误差为±9.7%;相应的强化因数的误差为±12.2%。结果表明:两种电极的最大强化因数接近,分别为2.15和2.11;在达到最大强化因数时,三角形电极所需要施加的平均电场强度和能耗比圆柱电极低得多。     

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.