制冷工质R11池沸腾换热气泡行为的可视化研究

采用可视化实验技术对压力为0.1MPa的条件下、制冷工质R11池沸腾气泡行为进行了深入观察和分析．可视化实验结果表明，气泡底部微液层的蒸发对气泡的生长具有极其重要的作用．在气泡生长过程中，未发现气泡底部的微液层有液体补充．研究结果表明，随着壁面过热度的升高，气泡脱离直径与脱离时间减小，而气泡脱离频率升高．此外，通过对实验图像资料的分析，得到了气泡直径及气泡底部干斑直径随时间的变化曲线以及沸腾表面汽化核心密度随热流变化的关联式．基于实验结果，利用动态微液层模型对制冷工质R11的池沸腾曲线进行了预测，结果显示，预测值与实验值在高热流密度条件下符合较好．     

微重力下流动沸腾中汽泡脱离机理初探

从单个汽泡动力学着手定性地分析了影响微重力下流动沸腾中汽泡脱离的几个因素,提出了对汽泡脱离的一种理解：在一定工况条件下,如果已产生的汽泡在垂直于流动的方向上能够为新产生的汽泡持续提供足够空间,在平行于流动的方向上它又能随着两相流动及时地滑移开,即可以实现微重力下流动沸腾中汽泡的持续脱离,为微重力下核态沸腾的形成提供可能。     

微重力下流动沸腾中汽泡脱离机理初探

从单个汽泡动力学着手定性地分析了影响微重力下流动沸腾中汽泡脱离的几个因素,提出了对汽泡脱离的一种理解：在一定工况条件下,如果已产生的汽泡在垂直于流动的方向上能够为新产生的汽泡持续提供足够空间,在平行于流动的方向上它又能随着两相流动及时地滑移开,即可以实现微重力下流动沸腾中汽泡的持续脱离,为微重力下核态沸腾的形成提供可能．     

重力条件对沸腾汽泡特性的影响

根据汽泡动力学原理,建立了壁面上沸腾汽泡的数学模型.分别计算了在不同重力条件和不同壁面流动条件下的汽泡特性参数,包括汽泡的脱离直径和鼓泡频率.比较了重力和强迫对流对汽泡特性的影响.提出了一种比较微重力条件和地面条件下核态沸腾的类比关系式,这一关系式对于将地面沸腾实验结果类比到空间微重力条件下具有一定的指导意义.     

微尺度核态沸腾换热的汽泡交互作用实验研究

核态沸腾换热是一种高效的换热形式,沸腾机理的研究对强化传热的研究很重要。实验采用微尺度96加热片阵列,通过独立的控制电路,加热独立的各个加热片,使其维持在恒定温度120℃上。利用高速摄像技术分别从汽泡的底部和侧面对汽泡生长及运动现象进行可视化观测,并用高速数据采集系统同步记录汽泡一个生长期间不同阶段的热流密度。实验首先单独加热每个独立的区域,产生单个汽泡,并分析汽泡脱离频率、脱离直径和热流密度;然后通过加热两个相隔一定位置的加热片区域,使得汽泡长到一定大小后能够碰撞、合并为一个新汽泡并最终脱离。这种汽泡交互作用伴随着汽泡的变形、滑移,显著增加了沸腾换热的热流密度和汽泡脱离频率。通过分析每个加热片的热流密度,得出瞬态导热是沸腾换热的主要机理。     

Ω型凹槽微通道内的汽泡行为及流动沸腾特性

针对Ω型凹槽微通道内流动沸腾,运用VOF(volume of fluid)模型和用户自定义函数,对微通道内发生的一系列汽泡行为进行了数值模拟.结合Ω型凹槽微通道内汽泡成核生长、聚并、脱离的动态演变过程,分析Ω型凹槽微通道流动沸腾换热的特点.结果表明:与平直微通道相比,Ω型凹槽微通道内的汽泡行为较为不同,汽泡脱离周期缩短,主流区温度降低,汽泡与受热壁面之间存在液体薄层,有助于提升流动沸腾换热的稳定性、可靠性;不同的凹槽结构(凹槽深度H、凹腔直径D)强化传热效果不同;H=50μm,D=80μm的Ω型凹槽微通道,其换热系数最高;H=30μm,D=50μm的凹槽微通道则对应最低的换热系数;凹腔直径对微通道内的压降影响较为明显,较大的凹腔直径对应较高的压力损失.     

电场对沸腾汽泡影响的实验研究

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像仪对沸腾汽泡在电场作用下的生长过程进行了可视化实验研究.实验观察到电场作用下汽泡生长的动态图像.研究结果表明,电场作用下汽泡沿场强方向伸长,随着场强的升高,汽泡的脱离长径比增大,汽泡脱离壁面时的椭球外形更加明显;随着场强的增大,汽泡的脱离体积减小.分析了汽泡行为的变化对电场强化沸腾换热的影响.     

R12在水平管内流动沸腾换热实验研究

本文对R12在水平管内流动沸腾换热特性作了实验研究。实验结果表明,管内流动沸腾换热与单相对流换热一样,存在热进口效应,国外早期的实验数据由于未能考虑热进口效应而偏大。实验结果还表明,水平流动沸腾周向不均匀换热主要受流动结构影响;截面平均换热系数则与质量流速、热流密度、质量干度和蒸发压力密切相关。分析实验数据证实,流动沸腾换热是由气泡产生而引起的流动充分发展核态沸腾和双相对流蒸发两部分组成的。本文的实验数据与国外已有的换热关系式能较好吻合。     

多孔微槽道复合结构的强化沸腾传热性能

设计了一种多孔微槽道复合结构,首先在高温条件下通过烧结将颗粒状铜粉与基体紧密结合在一起,形成具有一定厚度的多孔层结构;再利用线切割在多孔层上加工出具有一定深度的微槽道结构.微槽道结构不仅增加了沸腾时烧结多孔层的表面积,还提供蒸汽通道来保证蒸汽在较小阻力情况下逸出,从而利于气泡脱离;同时在液体剧烈沸腾时可以提供气液两相通道,从而分离气液相对流动.文中还分析了多孔微槽道复合结构关键参数(微槽道数目、微槽道角度、槽宽和槽深等)对沸腾传热效果的影响.实验结果表明,微槽道数目越多,微槽道深度越大,气液界面接触面积越大,强化沸腾传热效果越明显.     

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。     

用数学形态学识别核态沸腾中的汽化核心密度

运用数学形态学提出了一种识别核态沸腾中高热流密度下汽化核心密度的算法．分析了在核态沸腾中,当气泡成长时,由于气泡底部的微液层蒸发,使气泡底部壁面处的温度低于其周围的温度,致使在反映加热壁面温度分布的红外图像中,灰度明显低于其周围像素灰度的像素组成的像素团,即对应于沸腾过程中的汽化核心的位置．该方法避免了气泡合并对汽化核心密度识别造成的困难,可以从红外图像中识别出这些像素团,其数量等于汽化核心的数量,对不同热流密度下的汽化核心密度进行了计算．     

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.     

流动沸腾中Chen模型抑制因子的确定

以核化理论为基础,在考虑沸腾表面微结构分布的影响下,确定了流动沸腾换热关系式中Chen模型抑制因子的表达式。并以R134a和R22为实验工质在14mm内径的水平光滑管内进行了流动沸腾换热实验,对获得的实验数据采用Chen模型建立流动沸腾换热关系式,抑制因子采用笔者得到的表达式,该换热关系式能很好地和实验数据吻合,表明笔者确定的抑制因子表达式能有效提高采用Chen模型建立的流动沸腾换热关系式的准确度。     

加热丝上沸腾核心心间热相互作用探讨

分析讨论了加热丝上汽泡生成对加热丝温度的影响。说明一个活化核心的起泡对周围其他活化核心起泡的影响。以及对其自身起泡的影响。同时讨论了两个核心之间起泡的相关性,分析中还发现由于汽泡生长造成的局部温度下降是加热丝表面沸腾需要较高过热度的一个原因,最后进行了数值模拟实验,数值计算和解析分析结果吻合较好。     

Similarity Solution for Convection Heat Transfer Due to Marangoni Flow over a Flat Surface

IntroductionMarangoni convection occurs around vaporbubblesduring nucleation and growth of the vapor bubblesdue to the surface tension variation caused bytemperature and/or concentration variations alongthe bubble surface.Experimental tests andnumerical analyses of nucleate boiling have shownthat the heat transfer due to Marangoni flow canbe significant under microgravity and may also beimportant in earth gravity[1,2 ] .Marangoni inducedflow is also of importance in crystal growth meltswhere t…     

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。     

热孤子与微细通道相变传热研究

对于微槽流动相变传热,在给出汽泡的平衡半径及初值条件的前提下,提出了汽泡在微槽中演化半径的系综公式,并在此基础上结合汽泡生长随机变量的相关性得出了汽泡在微槽道中生长满足的随机微分动力方程,由方程的定态解进一步得出了微槽中汽泡生长系统的势能及概率密度函数随半径的演化规律。根据微槽中反应汽泡热通量的热孤子表达式,从理论上获得了以核态沸腾为主的微槽相变传热计算公式。为了验证该公式的可行性,本文对具有23条平行的0.3 mm×2mm 微槽进行了相变传热实验,实验结果验证了理论计算公式的可行性。     

Heat Transfer Enhancement Due to Marangoni Flow Around Moving Bubbles During Nucleate Boiling

Introduction Nucleate boiling has always been an important heat transfer mechanism in many fields, such as energy utilization, manufacturing processes, and chemical processing and nucleate boiling continues to find new applications in many new areas, such…     

Bubble Interaction in Thermal Boundary Layers

IntroductionBoiling is often encountered in a wide variety ofapplications,including traditional industrialprocesses,such as metallurgical quenching,flooded tube and shell evaporators,and immersioncooling of industrial components,and modern heattransfer te…