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。     

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。     

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。     

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。     

液体空化对沸腾传热影响的实验及机理研究

从液体空化和沸腾机理的角度出发，阐述了两者的关系，揭示了液体空化强化沸腾传热的机理，并成功地解释了声空化对水平圆管沸腾传热的影响，结果表明，空化和沸腾是从两个不同的角度对液体强度施加破坏的，标准状态下的空泡半径维持在微米量级以下，沸腾传热是否受到声空化的强化，取决于声空化是否给传热表面提供了核化汽泡胚胎。     

利用密度涨落确定均质核化中流体的极限温度

应用统计热力学巨正则系统的密度涨落理论,提出了确定均质沸腾中液体极限过热度和均质凝结中蒸汽极限过冷度的方法。以水及水蒸汽作了不同压力下的相关计算,得出了蒸汽凝结机制较沸腾机制复杂得多的结论,并推测出动力学影响是蒸汽凝结不可忽略的重要因素。     

利用密度涨落理论确定均质沸腾中液体的极限过热度

利用统计热力学密度涨落理论确定了均质沸腾时液体的极限过热度及汽泡的临界半径。以水为例作了不同压力下的相关计算，并讨论了一些重要概念。     

液氮在狭缝中热虹吸两相流传热的强化实验研究

狭缝中液体的沸腾换热是以变形的扁平汽泡为特点的，以微液膜蒸发为主导机理，热量通过扁平汽泡底部的液膜传给主流流体，试验结果表明：狭缝间隙尺寸对传热有直接影响，当间隙尺寸为０．５～１．０ｍｍ时，狭缝沸腾换热系数比光管增加３～５倍，达到人工烧结多孔表面管相当的水平；当狭缝通道中流型大部分转变为环状流时，传热效果达到最佳状态；对１／１０长度的狭缝通道起始段采用人工凹孔表面处理，使这种流型转变在较小热流密度下提前发生，换热系数进一步提高，传热温差进一步下降，随间隙减小，这种趋势尤为明显．     

“响水不开,开水不响”机理实验探索

提出了"响水不开,开水不响"的科学问题,利用池沸腾换热实验教学装置及声级计等,进行了池沸腾传热机理的研究,获得了从自然对流、过冷沸腾到饱和沸腾过程中,水体及电加热管表面空气析出、汽化核心、水蒸汽汽泡生长、跃离及破裂等详细实验现象的照片并测量了过程中声级的变化,解释了该问题的传热学和声学机理。能源与动力工程专业大学生的创新、科学研究、实践操作和论文撰写能力等综合素质提高了,增强了专业学习兴趣。     

蒸发结晶中三相流沸腾传热的研究

提出了蒸发结晶体系为汽-液-固三相流沸腾传热体系,建立了沸腾传热模型,并用工业生产数据进行验证。结果表明计算值和实验实测值吻合较好。用此理论指导。可提高产品质量,为三相流应用于烧碱蒸发结晶工业生产提供了理论和模型。     

固体颗粒强化液体沸腾换热和抗垢特性的研究

在加热面上添加一定量的固体颗粒，可以使沸滕换热强化，本文在毫米级和纳米级颗粒直径范围内，对添加固体颗粒后的 体泡状沸腾换热和抗垢特性进行了系统的实验研究，对其强化换热机理进行了理论分析，实验结果表明，沸腾换热强化效果与固体颗粒直径，初始颗粒层高度以及沸腾热流密度有关，流化颗粒具有较好的抗垢作用，根据“类汽泡运动”所建立的流化颗粒强化沸腾换热的容积对流模型，可以较好地反映流化颗粒强化沸腾换热的物理机制，模型的计算结果与实验值吻合较好。     

高压直流电场强化垂直管内沸腾传热试验研究

在分离式热管结构的电水动力学（EHD）强化传热试验台上,采用R11工质、直流高压电场,首次完成了垂直管内沸腾换热的EHD强化试验研究,结果表明：采用EHD技术对垂直管内的沸腾换热有明显的强化效果;低热流密度时,强化效果较好,增大热流密度时,强化效果减弱;当热 流密度维持不变时,强化系数随着电场电压的增大而增大;沸腾换热的最大强化系数为428％。     

淬火过程液固耦合传热与汽液两相流动数值研究

对淬火过程中流固耦合传热与汽液两相流动计算进行了研究，从两相流动与沸腾换热基础理论出发，推导出金属块淬火过程中温度场分布的流固耦合求解控制方程和计算方法．淬火过程产生大量气泡，局部蒸汽含量很高，因此计算过程将气液均视为连续介质，利用双流体模型进行计算．与传统的反传热问题计算方法相比，本文方法过程简单，通用性强，更适用于工程设计与应用．计算过程利用了Bromley和Rohsenow的换热关联式分别模拟膜态沸腾和核态沸腾传热，计算结果与文献中数据变化趋势基本一致，表明计算方法基本把握了淬火过程中传热传质现象本质．     

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。     

多效蒸发系统热力学优化研究

在计入溶液沸点升高（温差损失）这一重要因素的前提下，以系统最小总传热损失为热力学优化目标函数，得出多效蒸发系统的最佳参数及相应的传热面积和生蒸汽量。经实例验证，优化效益显著。     

混合冷剂在竖直矩形小通道内上升流沸腾换热模拟

为研究板翅式换热器流道内混合冷剂沸腾换热规律,建立了竖直矩形小通道内混合冷剂沸腾换热数学物理模型;基于理论推导的汽液相界面交互深度确定方法,采用CFX双流体模型模拟分析了混合冷剂在竖直矩形小通道内上升流沸腾换热规律,并与文献已有经验关联式进行对比分析. 结果表明:由于混合冷剂物性影响,沸腾换热系数随干度增大而降低;由于对流沸腾和核态沸腾换热机理共同作用,沸腾换热系数随质量流率、热流密度增加而增大;同时,模拟与经验关联式对比结果表明,Lazarek换热关联式计算结果与模拟吻合较好,其误差在±15%以内,将其应用于估算竖直矩形小通道内混合冷剂沸腾换热系数具有较高可靠性.      

微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台采集控制系统设计

介绍了微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台的系统构成,并设计了一个基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８／ＮＴ的多线程实时数据采集控制系统,以此对微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台的系统进行多点测量及控制。     

水在水平管束管外池沸腾传热的实验研究

通过对水在水平管束管外池沸腾的实验研究,探讨了沸腾换热系数随热流密度及沿管排高度变化的规律和内在机理．由实验结果发现：管束中各排测量管的沸腾换热系数明显高于单管池沸腾的情况;管束沸腾时存在管束效应,即随管排位置增高,起始沸腾点提前,沸腾曲线上移,沸腾换热系数增大;这种管束效应在部分核态沸腾时较强,而在充分发展核态沸腾时较弱;管束池沸腾的强化传热应归因于“滑移汽泡”及“诱发自然循环对流”机制．此外,还得出了管束池沸腾换热系数的经验关系式．