双模态过渡池沸腾实验研究

利用控制加热电压和加热面平均温度两种方法,实验研究了常压（0．1MPa）、室温（16℃）条件下除气后的R113在直径60μm细铂丝表面的池沸腾传热现象,观测了单相对流、核态沸腾、双模态过渡沸腾和膜态沸腾4种传热模式中的汽相分布及其传热特征,发现充分发展的核态沸腾传热曲线、膜态沸腾传热曲线及临界热流的数值分别与文献中常用关联式的预测一致,而核态沸腾和膜态沸腾共存的稳定双模态过渡沸腾曲线被一极小值点分为两个连续分支,邻近膜态沸腾的右支上热流与过热度成正比,而邻近核态沸腾的左支上热流则随过热度增长而下降,并且只出现在加热面平均温度受控的实验中．     

平板滞止区内水-氧化铜纳米流体的喷流沸腾传热特性

对高温平板滞止区内水-氧化铜纳米流体圆形喷流冲击沸腾的核态沸腾特性和临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究,考察了纳米颗粒质量分数、流速、过冷度等系统条件对喷流沸腾和CHF的影响,建立了预示核态沸腾的经验型方程.研究结果表明:水基纳米悬浮液的喷流沸腾换热特性与水相比大幅度降低,但CHF有较大增加;沸腾特性的变化主要来源于传热面表面特性的变化.     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

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.     

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温T_L大于核态沸腾最高壁温T_(CHF),而氢的T_L小于T_(CHF),使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以T_(CHF)作为膜态沸腾起始壁温,以T_L作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.     

过冷核态池沸腾的分形模型

本文提出过冷核态池沸腾热传递的分形模型,根据加热表面活化点的分形分布得到了过冷核态池沸腾热流密度的表达式.从该模型中发现过冷流动沸腾热流密度是壁面过热度、流体的过冷度、流体的接触角与流体物理特性的函数关系,并且没有增加新的经验常数.对不同的过冷度,模型预测的结果与实验数据进行了比较,两者是极好的吻合.     

含油金刚石纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性

研究了含油金刚石纳米制冷剂（即由制冷剂R113、润滑油VG68和金刚石纳米颗粒组成的纳米流体）的核态池沸腾换热特性,分析了金刚石纳米颗粒对含油制冷剂核态池沸腾换热的影响.实验中饱和压力为101.3 kPa;热流密度为10~80 kW/m2;纳米油(纳米颗粒和润滑油的混合物)的质量分数为0~5%;在纳米油中金刚石纳米颗粒的质量分数为0~15%.实验结果表明：金刚石纳米颗粒增强了含油制冷剂的池沸腾换热,在测试工况下换热系数最大可增加63.4%,并且增加幅度随纳米油中纳米颗粒质量分数的增加而增加,随纳米油质量分数的降低而增加.开发了含油纳米制冷剂池沸腾换热关联式,关联式预测值与94%的实验数据偏差在±20%以内.     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

脉冲宽度及质量流量对微尺度流动沸腾的影响

对通过微机械加工技术制成的微芯片进行微尺度过冷流动沸腾现象的研究,分析了脉冲宽度及质量流量对沸腾起始时间的影响.所用Pt微加热器尺寸为140 μm×100 μm,试验过程选用了6个脉冲宽度（0.05、0.10、0.20、0.60、1.00和2.00 ms）及5种质量流量条件（45、90、135、180和225 kg/(m3·s)）,结果表明：脉冲宽度和质量流量对绝对沸腾起始时间影响不大;通过试验数据得到不同脉冲宽度下各个区域的转变关系式,以及对本试验最有效的脉冲宽度为0.20 ms.     

交错排列柱状微结构表面池沸腾换热实验研究

为了进一步提高交错排列柱状微结构表面的换热性能,通过改变柱状微结构中心距和形状以提高表面换热系数及临界热流密度。以FC-72为工质,对不同的交错排列柱状微结构硅片在3种过冷度(15、25、35K)下进行了池沸腾换热实验研究,并与同工况下光滑表面硅片的结果进行了对比。通过干腐蚀技术在硅片表面加工出宽×高为30μm×60μm、30μm×120μm的方柱微结构,中心距分别为45、60、75μm,以及直径为38μm、中心距为60μm、高度分别为60μm和120μm的圆柱微结构。实验结果表明,临界热流密度和沸腾换热系数并非随中心距的增大呈现出单调增或减的规律。中心距为45μm的表面在核态沸腾区具有更高的换热系数,而对于高度为60、120μm的方柱微结构,临界热流密度最高的分别是中心距为60μm的表面(54.6 W/cm~2)和中心距为120μm的表面(60.72 W/cm~2)。当方柱中心距与边长之比大于等于2时,增大中心距对临界热流密度影响很小,最大增加了2%;当方柱中心距与边长之比小于2时,增大中心距对临界热流密度有显著影响,最大增加了14%。当换热面积相同时,圆柱微结构的换热性能要好于方柱微结构,并且临界热流密度相比于方柱微结构表面和光滑表面分别最大提高了13%和124%。另外,临界热流密度随着过冷度的增大而增大,同时沸腾起始点有所滞后。     

微通道热沉内液氮的流动沸腾换热实验

通过实验研究了质量流量在62.6~598.6kg/(m2·s)下不锈钢材质的平行微通道热沉内液氮流动沸腾的传热特性,并将实验所测得局部换热系数与经验关联式计算所得结果进行比较.结果表明:在核态沸腾阶段,随着干度增大,热沉的局部换热系数增加并逐渐达到一个峰值;当干度继续增大时换热系数逐渐减小;热沉的局部换热特性受其流型和低温流体工质特殊性的影响,在干度较低的条件下,其实验结果与模型预测结果的变化趋势一致,但预测值大于实验值.     

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…     

梯形微通道气液分相强化换热实验研究

针对微通道换热器强化沸腾换热,提出分段式梯形换热结构,该结构可实现气泡在表面张力驱动下间断性流向通道两侧,保持中间加热区为液体,实现气液分相流动,进而强化沸腾换热性能。采用无水乙醇为工质,实验研究直肋和梯形结构铜基表面在热流密度为160~320 kW/m²和工质流量为0.4~2.0 g/s时壁温、换热系数等参数变化规律。结果表明：在饱和沸腾区,梯形分相结构可有效实现气液分离,进而降低壁面温度,大幅提高换热系数;如在25 mm位置处,5段结构换热系数比平行结构换热系数提高了60.4%;在单相加热区,换热面积为主要影响因素,直肋结构换热系数略大,但换热系数比饱和沸腾时小一个数量级。平均换热系数分析得到5段结构微通道比平行结构微通道提高了53.8%,可见分段式结构可实现气液分相流动,有效提高沸腾换热的平均换热系数,增强整体换热能力。     

过冷沸腾蒸汽-水两相流真实含汽率模型

过冷沸腾蒸汽水两相流相分布特性计算对核反应堆的热工设计与安全分析非常重要。该研究建立了计算过冷沸腾真实含汽率的非线性热平衡微分方程;基于在过冷沸腾起始点和饱和沸腾起始点分别存在2个拐点的特点,提出了高、低入口过冷度工况下沸腾流道内真实含汽率计算模型,模型中同时给出了饱和沸腾起始点的计算公式。根据该模型获得真实含汽率后可采用漂移流模型得出真实空泡率。在较大的压力、质量流速和热流密度工况范围内的该模型计算结果与现有的大量蒸汽水空泡率实验数据一致性较好。     

微槽平板传热实验研究(英文)

本文以甲醇为工质实验考察了方型微槽结构平板的传热特性,测试了6种不同尺寸实验段的传热数据,发现槽内单相液体对流随加热负荷或壁温升高有传热与流动形态的变化。分析表明,这种形态变更与微槽内液体因壁温升高引起的明显物性变化密切相关。文中分析了液体流速、温度以及微型结构的几何尺寸对传热及流动形态变化的影响。实验还发现微槽结构内的流动核沸腾与通常情况存在明显差异。本研究为微尺度传热的高技术应用和深入的理论研究提供了实验依据。     

固-液接触角对池内核态沸腾换热特性的影响

摘要： 在考虑固-液接触角影响的半理论沸腾换热模型的基础上,将沸腾换热特性表达为过热度、固-液接触角和物性参数的函数;通过图解法推导出考虑固-液接触角影响的沸腾换热特性的预测关系式;利用无壁面毛细力影响的平坦金属表面或金属表面镀膜加热面在不同饱和压力条件下的饱和水实验数据,获得了适用于不同饱和压力和     

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．     

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。     

分离式热管蒸发段传热特性的试验研究

在研究分离式热管蒸发段流特性的基础上，对其传热特性进行了试验研究，获得了一些重要的结论。文中着重分析了核态沸腾传热区及飞溅降膜传热区的传热原理；根据试验数据回归整理了相应的换换系数无量纲准则关系式，计算值与试验数据吻合相当好；分别与大空间池沸腾传热和整体式热虹吸管热管蒸发段降膜区传热进行了比较，其结果为分离式热管的研究及工程应用提供了理论的依据。