脉冲加热下微尺度表面流动沸腾

利用微机电系统(MEMS)加工技术,在梯形微通道内集成特定形状(60 μm×100 μm)的Pt微加热器,通过改变脉冲加热电压及水的流速,采用高速摄像机观察并记录微加热器表面的流动沸腾现象,根据脉冲宽度2 ms下不同流速及热流时微加热器表面的核态沸腾及膜态沸腾现象得到了沸腾流型图.结果表明：在一定流速条件下,随着微加热器的热流增加,核态沸腾及膜态沸腾相继出现在微加热器表面,且核态沸腾开始向膜态沸腾转变;同时,增加水的流速,可使微加热器上发生核态沸腾及膜态沸腾所需的热流量增大.     

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.     

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。     

过冷池沸腾中气泡聚并对壁面换热影响的实验研究

该文实验研究了气泡聚并对核态池沸腾换热的影响。在恒壁温的边界条件下,利用微加热器阵列加热液态FC-72产生气泡,同时利用高速数据采集系统测量特定区域的热流密度。由于气泡之间液体层的蒸发和气泡聚并后产生的振荡,沸腾过程中发生气泡聚并时热流密度的波动远强于加热表面仅有单气泡生成时的情形。与单气泡成核相比,气泡聚并所产生的振荡提高了加热表面的再润湿频率,从而显著增加了平均传热。观测还表明,由于气泡之间的液体层被仍处于惯性生长阶段的气泡推离,气泡聚并速度非常快时并不会伴随热流量的增加。实验结果表明:当无量纲的聚并数Ncoal0.2时,气泡聚并能够增强换热;反之,当Ncoal0.2时,气泡聚并则会减弱换热。     

脉冲激光加热下超急速爆发沸腾现象观测

以不同体积配比的纯丙酮/乙醇混合液体为实验工质,进行了脉冲激光加热下超急速爆发沸腾的实验研究.采用快速瞬态温度检测系统测定了爆发沸腾过程中金属薄膜表面温度变化规律,采用显微放大摄影系统观测与拍摄了液体工质产生爆发沸腾时气泡生成与运动的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比及工质中加入纳米颗粒等因素对超急速爆发沸腾的影响规律.     

微重力下液氢流动沸腾的气泡脱离特性

以液氢流动沸腾时气泡的脱离为研究对象,通过对其切向和法向的受力分析,建立气泡脱离模型,并对实验数据进行验证.在该模型的基础上,研究重力加速度、流速、壁面过热度、表面张力以及压力对气泡的升起直径及滑移直径的影响.研究结果表明:该模型具有较高的计算精度;在低流速下,氢气气泡的升起直径随重力加速度的减小而逐渐增大;高流速下剪...     

竖直狭缝通道内水沸腾换热的气泡动力学研究

为加深对狭缝通道内水沸腾换热机理的探索,对宽度为2 mm、长度为300 mm的竖直狭缝通道内水沸腾气泡动力学展开研究,通过数值模拟的方法探索气泡生成、长大和脱离的过程,分析了壁面过热度、泡底微层的运动对沸腾换热的影响,并与实验数据进行了对比.数值计算中考虑了重力、表面张力和壁面黏附作用.研究结果表明:表面张力在细通道沸腾换热过程中所起的作用要远远大于重力;壁面过热度越高,气泡脱离直径越大;随着加热时间的增加,气泡直径d不断增大,当d≥1.5mm时,就会受到来流的影响而发生形变;泡底微层的存在加速了壁面对流,对换热系数的提高有一定作用;数值模拟结果与实验数据吻合良好.     

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．     

金属薄膜在短脉冲激光加热下的温度响应

利用非经典的双相延迟DPL(Dual曲ase lag)热传导方程,采用稳定的有限差分方法求解了金属薄膜在超短脉冲激光辐射作用下的温度响应.探讨了薄膜内温度响应随温度延迟相与热流延迟相的不同而产生的变化趋势,讨论了在微时间和微空间尺度条件下金属薄膜随不同的激光加热以及薄膜厚度而引起的热响应特征.     

竖直通道内流动沸腾气泡脱离行为的数据驱动分析

为了研究过冷沸腾过程中气泡的脱离特性,基于统计学分析方法,利用公开发表的实验数据和经验关联式构建驱动分析数据库,运用有限混合模型和标准方差分解方法对竖直过热壁面上流动沸腾气泡脱离直径的影响因素进行数据驱动分析研究。将描述流动沸腾的量纲一参数组作为模型的输入变量,气泡脱离直径作为输出变量,采用Kullback-Leibler散度和χ2距离对于输入变量的敏感性程度顺序分别进行评估。初步的数据驱动分析结果表明:雷诺数和气液密度比对气泡脱离直径的影响最为显著,与传统方法取得的结果具有一致性,证明了数据驱动方法在分析物理问题上的可行性;在现有数据库的基础上,有限混合模型比标准方差分解方法更具一般性,可以直接基于数据库进行应用。     

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．     

Observation on rapid transient explosive boiling under pulsed-laser heating

Using various kinds of liquids (pure acetone, binary mixtures in various volume fractions of ethanol and acetone) as working liquids, the experiments of rapid transient explosive boiling induced by pulsed-laser irradiation are carried out. The temperature field on a microsecond scale is measured, and the behavior of bubbles is observed and captured by a microscopic camera system. The extreme characteristics that differ from those in normal boiling are clearly revealed. The influence of working liquid species, volume fraction of the mixture, nanoparticles added in the working liquid, and the laser irradiation parameters on the boiling behavior are also studied.     

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。     

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。     

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…     

Study of rapid transient explosive boiling under short-pulsed laser heating

Using acetone, ethanol, water and acetone-water mixture as test liquids, the rapid transient explosive boiling (RTEB) taking place under short-pulsed laser heating is observed in experiment. The behaviors of temperature variation are investigated via transient temperature measurement. The vapor bubble behaviors of RTEB are captured by high-speed photography, and the difference between RTEB and normal boiling is analyzed. The boiling heat transfer of RTEB is also discussed. It shows that the character of RTEB is far different from normal boiling.     

磁泡点阵的形成条件

实验研究了磁泡点阵的形成条件,发现石榴石磁泡薄膜样品在系列脉冲偏场作用下可以形成规则的泡阵,泡阵呈六角密排结构.形成泡阵的条件与脉冲偏场的幅度和脉冲宽度有关,存在一个与材料参量相关的阈值脉冲宽度,只有大于此阈值时才能够得到泡阵.对于某一直流偏场,形成泡阵的脉冲幅度不随脉冲宽度变化.直流偏场和脉冲偏场联合作用下形成泡阵的条件:脉冲幅度与直流偏场的Hb和为条泡转变场.还进一步探讨了脉冲宽度和脉冲频率对泡阵形成的影响.     

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.