含不凝气体蒸汽泡直接接触冷凝

通过可视化实验研究了含空气蒸汽泡的冷凝行为和传热特性,气泡中蒸汽质量含量在0.5～0.8之间.在两种不同的过冷水温度下,混合气体气泡分别由直径1.5 mm和3 mm的喷嘴以不同的速度喷入静止的过冷水空间中.通过高速摄像机记录气泡冷凝过程,通过气泡体积变化状况计算气泡热力学参数,进而计算气泡的冷凝传热系数.结果表明,气泡在冷凝过程中不断变形,且在冷凝开始时,气泡出现中空现象;冷水温度越低,冷凝传热系数越低;气泡体积越大,冷凝传热系数越低;喷嘴直径对冷凝传热影响不明显;不凝气体的加入恶化了冷凝传热.对实验中65个气泡传热系数的数值进行了拟合,获得了传热系数关联式.     

不凝气体对蒸汽射流冷凝的影响

对含不凝气体蒸汽射流在冷水中直接接触冷凝现象进行了实验研究,通过测量流场中的温度分布确定汽羽长度,进而推导其传热系数。实验使用直径为1.6 mm的圆形喷嘴,出口混合气体质量流量密度在100~330 kg·m^-2·s^-1之间,不凝气体的含量在0~15%之间,冷水温度在300~340 K之间。实验结果表明:不凝气体的加入,使喷嘴出口附近的温度下降减慢;汽羽长度随不凝气体含量的增加而变长,其受喷嘴出口质流密度和过冷度的影响规律与纯蒸汽射流一致;冷凝传热系数在0.7~2 MW·m^-2·K^-1之间,随过冷度的增大和不凝气体含量的增加而减小,受气体流量的影响较小。对实验数据进行拟合,获得了汽羽长度的关联式,并由此得到了冷凝传热系数关联式。     

含氮气的甲烷蒸汽冷凝过程的数值模拟

为求解竖直壁面上含氮气的甲烷蒸汽冷凝流动传热传质规律,基于扩散理论建立了数值计算模型。利用Volume of Fluid (VOF)方法追踪气液界面,根据气液界面质量守恒方程自定义用户函数求解相变过程中的质量与能量源相,对氮气w(N_2)=0%、0.869%、1.733%、3.441%、8.417%、11.616%、16.249%以及壁面过冷度为5 K、10 K、15 K和20 K的工况进行了模拟计算。结果表明,氮气的存在使得甲烷蒸汽的冷凝传热系数显著下降(过冷度为10 K时,3.441%的氮气导致传热系数下降约70%);在计算工况下,液膜厚度相比于混合气体层的厚度小两个数量级,蒸汽穿过混合气体层的扩散热阻是整个传热过程的主要热阻。     

水平管内含空气蒸汽流动冷凝局部换热特性

通过进行含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热实验,结合流型判断结果,详细分析了空气质量分数、混合气流速和压力以及换热管内壁面过冷度对局部冷凝传热系数的影响。结果表明:局部冷凝传热系数始终随空气质量分数的增加而减小,随混合气总压的增加而增大;在环状流下,局部传热系数主要受混合气流速影响;在波状流下,局部传热系数大小由局部空气含量和波状流的发展程度决定;在分层流下,局部传热系数受壁面过冷度影响。     

H2O-CO2、H2O-N2、H2O-He水平管外自然对流凝结换热特性研究

不凝性气体制约换热设备安全和系统效率,为研究不凝性气体-蒸气于水平管外自然对流凝结换热机理和特性,实验测量了不凝性气体He、N₂、CO₂质量分数分别为1.16%~18.18%、7.56%~60.86%、11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~101 kPa的H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂自然对流条件下水平管外凝结换热特性,对比分析了H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂的不凝性气体质量含量、壁面过冷度以及压力因素的影响。压力和壁面过冷度一定,相同质量分数时,实验凝结传热系数与Nusselt理论解的比值(Q/Q_Nu)由大到小依次为：H₂O-CO₂、H₂O-N₂、H₂O-He;相同摩尔分数时,Q/Q_Nu由大到小依次为：H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂。相同总压力和不凝性气体质量分数时,H₂O-He的Q/Q_Nu随着壁面过冷度的增加下降最为缓慢。相同不凝性气体质量分数和壁面过冷度时,H₂O-He的Q/Q_Nu值最小,其受压力影响最为显著。     

R134a在不锈钢三维翅片管外的冷凝传热研究

在饱和温度为39℃,壁面过冷度为3.2~10.5℃条件下,实验研究了R134a在不锈钢三维翅片管外的冷凝传热性能。结果表明,光滑管的冷凝传热系数比Nusselt理论公式的计算值低4.8%,不锈钢三维翅片管的平均冷凝传热系数是不锈钢光滑管的3.34倍。     

H2O-CO2、H2O-N2、H2O-He水平管外自然对流凝结换热特性研究

不凝性气体制约换热设备安全和系统效率,为研究不凝性气体-蒸气于水平管外自然对流凝结换热机理和特性,实验测量了不凝性气体He、N₂、CO₂质量分数分别为1.16%~18.18%、7.56%~60.86%、11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~101 kPa的H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂自然对流条件下水平管外凝结换热特性,对比分析了H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂的不凝性气体质量含量、壁面过冷度以及压力因素的影响。压力和壁面过冷度一定,相同质量分数时,实验凝结传热系数与Nusselt理论解的比值(Q/Q_Nu)由大到小依次为：H₂O-CO₂、H₂O-N₂、H₂O-He;相同摩尔分数时,Q/Q_Nu由大到小依次为：H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂。相同总压力和不凝性气体质量分数时,H₂O-He的Q/Q_Nu随着壁面过冷度的增加下降最为缓慢。相同不凝性气体质量分数和壁面过冷度时,H₂O-He的Q/Q_Nu值最小,其受压力影响最为显著。     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。     

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 ,但表面过冷度随蒸气温度增加呈弱增加趋势     

微纳结构超疏水表面参数影响含不凝气蒸汽冷凝传热的理论分析

超疏水表面结构参数对滴状冷凝传热性能、液滴生长和分布均会产生影响。首先利用竖直壁面液滴的受力平衡确定了不凝气条件下蒸汽冷凝过程中液滴的脱落半径,随后建立了含不凝气蒸汽滴状冷凝的传热模型,研究了不同不凝气浓度和过冷度下超疏水表面微柱的柱间距对滴状冷凝传热性能的影响,得到了使超疏水表面冷凝传热性能达到最佳的柱间距值,并对其随不凝气浓度和过冷度的变化规律进行了分析。结果表明在所研究的过冷度范围内,当不凝气浓度较低时（<20%）,最佳柱间距随不凝气浓度升高而增大;而当不凝气浓度高于20%时,最佳柱间距随不凝气浓度升高而减小。为驱动含不凝气蒸汽冷凝传热性能的超疏水微纳结构参数的优化提供了必要的基础数据。     

含空气蒸汽冷凝传热特性数值模拟

根据已有的传热传质关系式,通过CFD软件在控制方程中加载控制方程源项,建立了含空气蒸汽冷凝的数值计算模型,运用此模型对两种实验的共10组工况进行了数值计算。结果表明,计算模型对两组实验在压力、温度、空气含量以及冷凝传热系数的预测方面均有较高的准确度;潜热传热系数及显热传热系数都随着空气含量的升高而减小;在空气质量分数低于50%的工况下,潜热换热是冷凝传热的主导因素;局部潜热传热系数沿传热管高度方向从下至上呈递减趋势,而局部显热传热系数则呈现相反变化。     

Condensation of steam with and without the presence of non-condensable gases in a vertical tube

Condensation of steam and steam from non-condensable gases were investigated experimentally inside a vertical tube. The consistency and reliability of the measurements were checked by detailed energy balance. The experimental results show the effect of non-condensable gases on heat and mass transfer resistances in the gas phase of the condensation process. In the steam runs, the gas side heat transfer resistance was very small and the main resistance was due to condensate film. This resistance increased significantly for steam-air runs, particularly toward the top part of the tube. This occurred as a result of accumulation of the non-condensable gases near the surface as the condensation process proceeds, which act as an extra resistance to heat transfer.     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制，在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究，结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近；而对含不凝气的冷凝，滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近；不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时，滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制，滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化，而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析，认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素，大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟

针对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入分配系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重.恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其梯度（传热传质推动力）分布的模拟结果显示,雾状冷凝的控制机理是冷壁面附近温度梯度与湿度梯度协同作用下传热传质产生的局部过饱和;膜状冷凝从冷壁面移出大量冷凝潜热,促使气相主体传热传质过程更迅速,脱湿效果更好.实际过程介于二者之间.DAP尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据,在水汽冷凝减量34%～57%的范围内,与α＝0.2的数值模拟结果相当吻合,验证了本文的模型与数值模拟.     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。