竖直窄流道内过冷流动沸腾的单汽泡生长模型

The process of bubble growth on heating wall in subcooled boiling includes the micro-layer evaporation on heating wall and the bubble top coagulation when the bubbles grow to a certain size and emerge into the subcooled mainstream fluid. Based on this consideration, a model for the single bubble growth of subcooled flow boiling in vertical narrow rectangular channel was proposed.Compared with experimental results, the error of the simulation results using the proposed model is less than ±25%. The simulation results indicated that as the wall superheat increases, the bubble growth gets faster, with the subcooled degree of mainstream increases, the bubble growth in later stage would be slowed, with the contact angle increases, the contact radius of the bubble bottom and the wall tension would be strengthened, resulting in faster bubble growth to make the bubble to be flat and more easily exposed to the mainstream. The velocity of mainstream has no significant effects on bubble growth rate.     

竖直环形通道内液氮流动沸腾的数值模拟

在多尺寸组模型的基础上,从加热壁面上脱离汽泡的受力分析人手,对液氮过冷流动沸腾模型进行了修正.将新模型应用于环形通道内液氮过冷流动沸腾的数值模拟,同时为了比较,采用基于Kirichenko,Fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型对同一管道内液氮过冷流动进行了数值模拟.结果表明:结合脱离汽泡受力分析模型的多尺寸组模型可...     

流动沸腾不稳定性对加热膜上微汽泡的影响

在流动沸腾的微通道内,以脉冲加热驱动微铂膜产生的汽泡为研究对象,通过实验的方法对处于流动沸腾微通道内的铂膜表面上的汽泡行为进行了研究。发现了三种代表性汽泡形态：类球形汽泡,锥形汽泡,液膜汽泡;分析了微通道内不同加热功率下流动沸腾的不稳定性与这些汽泡的形态和相互转化的关系。结果表明,微通道内不稳定性流动沸腾的振动流态,是铂膜上形成各种泡并以不同方式脱离铂膜的原因;背面加热膜的功率大小也是影响铂膜长泡以及汽泡大小的主要因素之一。研究结果为进一步开发设计新型的微流体功能器件提供了基础和依据。     

竖直加热壁面上汽泡脱离及浮升点汽泡直径预测模型

针对汽泡在脱离点和浮升点的力平衡特点,根据受力分析结果对汽泡的动量平衡方程进行了简化。提出了汽泡在竖直加热壁面上脱离和浮升的判据。采用Thorncroft的实验数据进行检验,结果发现,汽泡的脱离及浮升直径预测值与实验值误差在±20%以内。模型分析结果表明,向上流动的汽泡脱离直径随平均流速的增加而减小,随壁面过热度的增加而增加;向下流动情况大致相同;但由于流动曳力对汽泡脱离的作用和浮力的作用相反,从而导致了在02～03 m·s-1流速范围内出现汽泡不脱离的现象。在向上流动条件下,由于汽泡脱离核化点后的滑动方向和主流方向一致,从而使得汽泡与流体间的相对速度减小,使浮升直径大大增加;向下流动时,汽泡浮升直径随平均流速和壁面过热的关系与脱离直径的变化趋势基本一致,但与壁面过热的关系没有脱离直径的明显。     

对流循环和滑移汽泡机制在管束核态沸腾换热中的影响

对管束核态沸腾引起管束效应的对流循环和滑移汽泡两种机制作了模型假设和定量计算。并在实验基础上拟合了管束核态沸腾平均换热系数计算公式,分析了两种机制对换热的影响。     

附加惯性力作用下竖直矩形流道内过冷流动沸腾的数值模拟

摇摆条件下附加惯性力的作用会对两相流动的压降及汽泡受力产生影响。考虑相变能量和质量输运,采用流体体积(VOF)多相流模型对附加惯性力条件下竖直矩形流道内过冷流动沸腾进行了数值模拟。汽液界面位置通过分段线性插值(PLIC)的方法获得。模拟结果获得了孤立汽泡周围压力、速度、温度分布以及二次流动现象,分析了汽泡聚合过程汽泡形态及内部速度矢量的演变过程,模拟结果与文献中结论吻合良好。附加惯性力作用使得流动压降比静止条件下要大,过冷流动沸腾压降由于汽相产生会在单相流动的基础上产生波动,且热通量越大,压降波动幅度越大。摇摆产生的附加惯性力相对汽泡所受的其他力而言可以忽略不计,而摇摆导致的流量波动会改变汽泡受力大小,进而影响沸腾换热。     

三维竖直圆管内流动沸腾的数值模拟

沸腾传热及气液两相流动都是常见的物理现象,其流动形式及传热机理复杂.文章借助于CFX流体计算平台,模拟了水在三维竖直圆管内的过冷流动沸腾过程,给出管内流体状态参数的变化规律.得到沿管长的气相体积分数的变化规律,沿管长沸腾传热系数的变化趋势,明显地看到沸腾对传热的强化作用,得到径向液体温度分布情况.对过冷流动沸腾的内在机...     

流动沸腾传热的矢量合成模型

初步分析在论文中提出的新模型的理论基础,并改进流动沸腾传热中对流蒸发项的计算,利用杨伟构造的渐进加和模型计算窄矩形流道中流动沸腾传热的对流蒸发项;还利用所提出的矢量合成模型预测了圆管内的流动沸腾传热系数。实验数据关联表明,所构造的模型适合窄矩形流道和圆管流道内流动沸腾传热系数的计算。     

电场中汽泡行为的变化及对沸腾换热的影响

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像仪对沸腾汽泡在电场作用下的生长过程进行了可视化实验研究,实验观察到电场作用下汽泡生长的动态图像,并对电场作用下汽泡行为的改变对沸腾换热的影响进行了初步分析。研究结果表明：电场作用下汽泡沿场强方向伸长,随着场强的升高,汽泡的脱离长径比增大,脱离体积减小,脱离频率增大。汽泡变形是由于汽泡受到电应力的作用,电应力在赤道方向压缩汽泡,在极轴方向拉伸汽泡,使得汽泡沿场强方向变细变长。由于在电场作用下汽泡行为的变化使得沸腾传热系数和临界热流密度提高。     

微通道内流动沸腾不稳定性影响因素实验研究

微通道沸腾不稳定性降低设备运行性能及传热特性。设计入口集成种子汽泡发生器的三角形硅基微通道热沉。搭建同步光学可视化测量实验台。研究加热膜长度、质量流量及种子汽泡触发频率对微通道内沸腾不稳定性及传热影响。结果表明:加热膜长度和质量流量作为控制沸腾不稳定性的关键参数,加热膜长度越长或质量流量越低,沸腾起始点和临界热流密度越早发生。单相液体区域,热流密度增大,压降略微降低,温度线性升高。汽液两相区域,热流密度增大,压降迅速增大,温度呈指数式上升。触发种子汽泡作为一种主动式控制技术,沸腾不稳定性得到抑制或消除,换热得到显著增强,是一种值得推广的技术。     

过冷流动沸腾中气泡浮升直径的实验及理论研究

研究气泡浮升直径对揭示过冷流动沸腾的传热机理至关重要。为探究流动工况对气泡浮升直径的影响机制,针对发动机缸盖沸腾区域的冷却通道设计了一个水动力相似的矩形实验通道,搭建了过冷流动沸腾可视化实验循环系统。基于该可视化实验系统,研究了系统压力、壁面过热度、流速以及液体过冷度对气泡浮升直径的影响,发现气泡浮升直径随着系统压力、流速以及过冷度的增大而变小,随着壁面过热度的增大而增大。建立了气泡在浮升时刻的力平衡模型,该力平衡模型的预测值与实验值的平均相对误差为12.25%。为了便于工程应用,基于气泡浮升直径的力平衡模型,建立了气泡浮升直径的经验模型,该经验模型的预测值与实验值的平均相对误差为6.80%。     

垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数值分析

在对流动特性和换热机理进行分析的基础上,建立了垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数学模型和数值计算方法.该模型认为环状流区域同时存在强制对流与核态沸腾两种换热方式.液膜厚度、速度与温度等参数通过求解液膜的质量守恒、动量守恒、能量守恒方程获得.核态沸腾换热则包括气泡脱离带走的热量及用于加热气化核心影响区流入液体的热量两部分.提出了流动沸腾情况下的多孔层气泡脱离直径及气化核心密度计算方法.对异丙苯在火焰喷涂型垂直多孔表面管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测,大部分工况的计算值与实验结果符合良好.在低干度区(x=0.1),核态沸腾在总换热中的比例约为50%.随着干度的增加,核态沸腾受到越来越大的抑制,当x为0.5时,这一比例降低到约15％.     

Measurement of sliding velocity and induction time of a single micro‐bubble under an inclined collector surface

In this study, interactions between a gas bubble and a flat solid surface were investigated by determining two dynamic parameters, bubble sliding velocity underneath an inclined solid surface and induction time of the gas bubble attaching to the solid surface in aqueous solutions. A single micro‐bubble was allowed to move vertically toward an inclined solid surface. After reaching its terminal velocity, the bubble approaches the inclined solid surface and slides underneath it. Complete trajectory of the bubble movement was monitored and recorded by a high‐speed CCD video imaging system. Various types of gas bubbles (CO₂, air, H₂, and O₂) and solid surfaces such as bitumen‐coated Teflon, hydrophobized and hydrophilic silica were used in sliding velocity and induction time measurements. The effect of water chemistry (industrial process water and de‐ionized water) and surface heterogeneity on bubble sliding velocity and induction time was investigated. The results showed that the sliding velocity of micro‐bubbles under an inclined solid surface is a strong function of water chemistry, gas type, temperature and hydrophobicity of the solid surface. This study provides relevant information on bubble–solid interactions that would assist in the understanding of bubble–solid attachment under diverse conditions.     

加热丝上气泡射流的动力学特征

可视化研究加热丝上过冷水沸腾表明,不同尺寸气泡上方均存在由热毛细力诱导的射流,小气泡射流通常较强,而射流方向则呈现多样性。运用示踪粒子显示射流的流场特征,发现射流运动可分3个阶段：泵吸区沿界面速度增加,颈部达最大速度,然后在扩展区速度减小。气泡作为冷源可对其他气泡及其射流产生影响,相邻气泡射流有吸引的趋势,相互作用较强的气泡射流可以合并,气泡运动通常造成相邻气泡射流的非稳态变化,气泡射流相关的物理机制与实验相符。     

Prediction of bubble terminal velocity in surfactant aqueous solutions

Bubble terminal velocity has a significant effect on gas holdup, residence time, and efficiency of the interface transfer. Surfactant is often required to generate small and stable bubbles in gas-liquid two-phase devices. In this paper, bubble terminal velocities were obtained for different surfactant aqueous solutions using high-speed CCD (charged couple device) system and digital image analysis technology. Experimental results showed that available correlations were not able to accurately predict terminal velocity of bubbles rising in surfactant aqueous solutions. Thus, a new correlation is proposed based on experimental data and it provides an accurate approximation of bubble terminal velocity. The average relative error for the proposed correlation is determined to be 7.2% in MIBC aqueous solutions, 4.5% in OP-10 aqueous solutions, and 4.6% in 2-octanol aqueous solutions. The proposed correlation agrees well with experiment data from literate within ranges of the Morton number, Mo, the bubble Reynolds number, Re, and the Eötvös number, Eo: 3.29 × 10⁻¹¹<Mo<4.29 , 0.08<Re<1062 , 0.04<Eo<91.16 .     

垂直窄矩形通道内流动沸腾传热研究

在热虹吸条件下，实验研究了缝宽接近于气泡脱离直径型的窄矩形通道内流动沸腾的传热特性。发现其对流蒸发传热中有时处于过渡流状态。首次为对流蒸发传热系数建立了一个通用算式。还将该算式与加和模型相结合，为窄矩形通道形成了第一个完整的流动沸腾传热算法。该算法的预测值与实验数据相比，其平均绝对偏差为１４．９％。     

垂直管内R124-DMAC鼓泡吸收过程流型演化可视化实验

通过搭建一套垂直管管内鼓泡吸收热、质耦合传递特性可视化实验平台,对以R124-DMAC(一氯四氟乙烷-二甲基乙酰胺)为工质的鼓泡吸收过程的流型特征与分布规律进行研究。结果表明,制冷剂气体流率、吸收溶液流率和进口温度对鼓泡吸收过程的流型及其分布规律均产生一定的影响。在制冷剂气体流率和溶液入口温度较高的情况下,鼓泡吸收过程存在搅拌流、弹状流、泡状流3种流型。制冷剂气体在吸收管内被完全吸收的条件下,搅拌流流型高度不超过总吸收高度(喷嘴出口到气泡消失的垂直距离)的1/2;弹状流流型所占总吸收高度的比例不超过2/5;其余的吸收高度为泡状流流型。