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．     

过冷沸腾气泡在圆形朝下壁面上特性实验研究

气泡的始动直径与运动过程对于揭示沸腾传热机理有着重要意义.利用高速摄像机对不同热流密度条件下,过冷沸腾液体中气泡在圆形朝下壁面上生长及运动的过程进行了实验研究.研究表明:在气泡的生长及运动过程中,气泡的形状从生长过程初期阶段的近似球体变化到滑移过程被拉长的椭圆体,直至最后消失;壁面热流密度对气泡的始动直径有一定影响,热流密度越大气泡的始动直径也就越大.     

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。     

电场中气泡在换热表面上的变形及对沸腾换热影响

从电场分布的角度，研究了换热表面上气泡在电场力作用下的变形规律和气泡变形影响EHD(electrohydrodynaInics)强化沸腾换热的机理．电场分布决定了气泡在电场力作用下的变形方式，如果换热表面的电场强度高于周围液体或电极的电场强度，则气泡受拉伸作用：反之，气泡受压制作用．热边界层的存在会减小电场力对气泡的拉伸作用，增强电场力对气泡的压制作用，但不会改变气泡的变形方式，气泡在换热表面上无论是被拉伸还是被压制，都能使沸腾换热得到强化，但两者的强化换热机理不同。     

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.     

倾斜下表面过冷池沸腾实验研究

倾斜下表面的沸腾换热可模拟球形下表面的沸腾换热 ,这对严重事故下压水反应堆压力容器的非能动保护非常重要 .对大气压力下倾斜下表面的过冷池沸腾换热进行了实验研究 .对不同倾斜角度通过实验进行了观察和测量 .结果表明 ,倾斜角对换热系数的影响仅在小倾斜角时较大 .给出了不同倾斜角下换热系数和热流密度的拟合关系式 .这些关系式可用于压水堆堆芯熔化时压力容器非能动保护研究     

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.     

用石英砂强化水平圆柱池沸腾换热的实验研究

将石英砂引入水平圆柱外表面沸腾的水中,系统地研究了不规则固体颗粒粒度、初始埋深及热地弯曲表面池沸腾换热的影响。换热表面的材料为不锈钢,固体颗粒是粒率为０．４￣１．２ｍｍ的石英少。实验表明,在充分流化的条件下,在水平贺柱外表面沸腾的水中引入非均匀凿度的固体颗粒可以明显地强化换热。在相同的壁面过热度下,其热流密度一般是不加石英砂时的２￣４倍,但在固体颗粒被充分流化前,换热效果会出现短时间的恶化。与平换     

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。     

溴化锂水溶液在真空下池沸腾换热的实验研究

介绍了溴化锂水溶液池沸腾换热的实验装置,以及溴化锂水溶液在真空条件下的池沸腾换热性能。实验研究结果表明：压力对池沸腾换热有一定影响,且随溶液浓度不同而有所不同;浓度对池沸腾换热有明显影响,且随压力提高,影响增大;管束对池沸腾换热有增强效应,水平管束的沸腾换热系数明显高于单管的沸腾换热系数。     

电场极性对池沸腾换热影响的机理

对电场极性影响池沸腾换热的机理进行了理论分析和实验研究。在实验中,换热面为一平板并接地作为0电极,高压电极为平行于换热面的线状电极。实验结果表明,正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果。这是由于施加正电压时不会有阴极发射电子现象,而施加负电压会有阴极发射电子现象,阴极发射电子削弱了电场对沸腾换热的作用。     

缩比非能动余热排出热交换器管外过冷池沸腾实验研究

搭建了缩比非能动余热排出热交换器C型管实验模型,利用导热油作为管内加热介质,脱盐水作为管外冷却介质开展了一系列传热实验。根据壁温及脱盐水主流温度判断在加热过程中出现明显的温度分层现象并经历自然对流、过冷池沸腾最终达到饱和池沸腾。对存在过冷池沸腾阶段的几个代表性时刻对应上、下水平及竖直段单元分别进行传热计算并与文献经验公式进行比对,验证了Rohsenow饱和沸腾经验公式和McAdams自然对流经验公式的适用性,针对过冷池沸腾阶段实验热流密度与Rohsenow过冷沸腾公式的偏差,采用多自变量自定义非线性拟合方法得到了更准确的加权公式。     

均匀高压电场下电场极性对池沸腾换热影响的实验研究

利用电水动力学（EHD）技术对工质R123进行了均匀高压电场下电场极性对池沸腾换热影响的实验研究．在该实验中,换热面为一平板并接地作为0电极,高压电极为平行于换热面的网状电极．实验的热流密度为2～25kW／m^2,电压为0～±25kV,得出了正、负电压下换热系数、壁面过热度、EHD强化系数和热流密度之间的变化关系．结果表明,无论施加正、负电压,强化系数均随热流密度的增加而下降,最终达到稳定值;高热流密度下,正电压有较弱的强化效果;正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果．     

表面形貌对沸腾换热影响的实验研究

以去离子水为工质,通过实验研究了外形尺寸为16 mm×24 mm,表面为紫铜光面、120目砂纸打磨表面、腐蚀表面及槽道表面上的池沸腾换热现象。结果表明,4个换热面上的换热热流密度随着ΔT的增大而增大,腐蚀表面、砂纸打磨表面及槽道表面的沸腾换热均强于光滑面,轻微腐蚀更有利于沸腾换热;当ΔT<4 ℃时,4个换热面均无气泡产生;当ΔT=6 ℃时,120目砂纸打磨面具有比槽道面更好的沸腾换热效果。     

用石英砂强化水平圆柱池沸腾换热的实验研究

将石英砂引入水平圆柱外表面沸腾的水中 ,系统地研究了不规则固体颗粒粒度、初始埋深及热流密度对弯曲表面池沸腾换热的影响。换热表面的材料为不锈钢 ,固体颗粒是粒度为 0 .4～ 1.2mm的石英砂。实验结果表明 ,在充分流化的条件下 ,在水平圆柱外表面沸腾的水中引入非均匀粒度的固体颗粒可以明显地强化换热。在相同的壁面过热度下 ,其热流密度一般是不加石英砂时的 2～ 4倍 ,但在固体颗粒被充分流化前 ,换热效果会出现短时间的恶化。与平换热面及采用均匀粒度固体颗粒的情况相比 ,初始埋深和颗粒粒度对强化换热效果的影响较弱     

泡沫铜微孔表面池沸腾换热特性的实验研究

利用改进电镀法制备了新型的泡沫金属铜微孔表面,通过扫描电子显微镜（SEM）测定泡沫铜上微孔表面的微观结构,实验以去离子水为工质,研究了光滑表面和微孔表面的池沸腾传热特性,获得了光滑和微孔表面的池沸腾传热曲线。研究结果表明,在相同的热流密度条件下,微孔表面的汽化核心在核沸腾区密度较大,可有效降低壁面初始沸点的过热度,显著提高池沸腾的换热系数,证明该表面可用于半导体制冷系统等大型功率电子器件散热。     

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．     

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.     

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．     

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．