水基纳米流体大容积沸腾换热特性分析

以提高换热设备工质换热效率为背景,通过在系统压力0.1MPa下对去离子水、水基氧化铝、水基氧化铜纳米流体进行池沸腾换热实验,从过热度、沸腾换热系数、强化率等方面综合分析不同热流密度的纯水及浓度分别为0.001%、0.01%、0.1%、1%、2%的两种纳米流体的沸腾换热效果,并从活性气泡临界直径、汽化核心、工件内外表面面积比值等方面进行机制分析。结果表明,水基氧化铝纳米流体的换热特性要好于水基氧化铜纳米流体。当纳米颗粒浓度小于1%时,导热系数提高,从而使热流密度增加;表面张力降低,从而使活性气泡临界直径减小;沸腾换热效率将随着颗粒浓度的上升而提高。同时,颗粒浓度过大,由于颗粒沉积降低了汽化核心的分布密度,纳米颗粒对沸腾换热的改善作用将会被弱化。     

纳米流体强化微槽群平板热管传热特性试验

采用两步法制备了Al_2O_3-水纳米流体,确定了制备纳米流体的最佳工艺为超声振荡2.0h。对以Al_2O_3-水纳米流体作为工质的微槽群平板热管的传热特性进行了试验分析。结果表明:纳米流体作为工质可显著增强微槽群平板热管的传热能力;最佳纳米粒子体积分数为1.5%,此时纳米流体强化微槽群平板热管的传热特性最高;与去离子水相比,纳米流体作为工质可使热管的当量系数提高15.6%;纳米流体是一种适用于微槽群平板热管的新型传热工质,在强化微槽群平板热管传热方面具有良好的应用前景和发展潜力。     

新型平板热管相变蓄热器蓄放热性能分析

采用石蜡作为蓄热换热介质,将新型平板热管作为换热元件以强化换热,并在平板热管两侧平面添加纵向翅片,设计了一套热管式相变储热换热器实验装置,对相变蓄热换热器的蓄、放热特性进行了实验研究。测定了石蜡的温度分布随时间变化的规律;改变充、放热流体工况,分析了不同流量和流体温度对蓄放热过程的影响。通过分析发现,新型平板微热管阵列在相变蓄热器的蓄放热过程很好地发挥了强化传热元件的作用,蓄热过程中,传热流体温度越高,相变材料的熔化速率也越大;放热过程中,相同的流体温度下,随着流体流速的增大,蓄热器的放热速率逐渐增加。实验结果表明,新型平板热管蓄热器蓄放热效果良好。     

过冷沸腾下纳米流体颗粒污垢特性的实验研究

为了探讨过冷沸腾流动条件下纳米流体的结垢特性,文中以γ-Al_2O_3水基纳米流体为研究对象,通过改变热流密度、入口温度及质量流量实验研究了γ-Al_2O_3纳米流体在不锈钢换热表面的结垢特性。结果表明,过冷沸腾时γ-Al_2O_3纳米流体颗粒污垢和纳米悬浮液颗粒污垢均没有明显的诱导期,γ-Al_2O_3纳米流体的污垢热阻渐近值及结垢速率均明显小于纳米颗粒悬浮液。热流密度及入口温度对γ-Al_2O_3纳米流体的污垢特性影响显著,并且具有相似的作用结果,随着热流密度和入口温度的升高,纳米流体的结垢速率明显加快,污垢热阻渐近值也随之明显增大。随着质量流量的增加,γ-Al_2O_3纳米流体的污垢热阻值减小,结垢速率变小。     

两相闭式重力热管强化传热研究进展

重力热管具有结构简单、制造方便、运行可靠且传热效率高等特点。本文介绍了重力热管的工作原理及发展历程,从热管的操作条件、结构优化、高效工质流体选取3方面对重力热管强化传热的研究进展进行了综述;归纳总结了充液率、倾角的选取,内插件形式及纳米流体对重力热管传热性能的影响;同时,建议应综合考虑影响重力热管传热性能的多种因素,以便使其换热性能有更大提升。     

超临界压力下二氧化碳在套管换热器内传热特性数值模拟

在超临界二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程中，存在超临界压力下冷热2股二氧化碳间的流动传热过程，其传热特性是影响相应系统性能的关键。本文以套管换热器为原型，对超临界压力下的冷热二氧化碳间的传热特性开展了数值模拟研究，分析了热流体入口温度、冷热流体入口流量对于传热特性的影响和周向的传热特性分布。结果表明:随着热流体入口温度的变化，热侧和冷侧的局部换热系数产生相应的变化和波动，同时冷侧局部换热系数在主流温度接近拟临界温度时，会出现明显的传热强化现象；另外，热侧二氧化碳质量流量的上升，会使得热侧换热系数提高，冷侧换热系数峰值减小且向冷流体入口处移动，而随着冷侧质量流量的上升，冷侧换热系数峰值增大且向冷流体出口处移动。这是由于套管换热器为水平布置，传热特性在周向上产生了明显的不均匀现象，其与流体密度变化在重力作用下的局部湍流效应增强和削弱有关。本研究对新型二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程的开发和设计具有指导意义。     

Z形狭缝内两种工质沸腾汽液两相特性分析

为深入探索狭缝通道内沸腾换热机制,对2种不同液体在Z形狭缝通道内的沸腾汽液两相流动展开研究.利用数值模拟和自编程的方法分析汽泡生成、长大和脱离的过程,通过几何重构和界面追踪获取相界面移动和变化对系统内压降以及平均表面换热系数的影响,计算中考虑了重力、表面张力和黏性的作用.发现液体黏性的不同对汽泡生长方式和汽泡形态产生很大影响,黏性较小的液体产生汽泡的脱离直径较小,汽泡脱离频率高:表面张力和液体黏性对流动沸腾系统压降都具有较大影响;液体比热和沸点的不同导致换热系数有较大差别;结果与实验数据吻合良好,均表明水沸腾换热系数高于乙醇,Z形通道强化换热效果明显.     

CO_2在立式螺旋管内流动沸腾换热的实验研究

在管内径9.0 mm、壁厚1.5 mm、螺旋管绕径283.0 mm的立式螺旋管内,对CO2流动沸腾换热特性进行实验研究。分析热流密度(q=1.4~48.0 kW/m2)、质量流速(G=54.0~400.0 kg/(m2·s))和运行压力(pin=5.6~7.0 MPa)对内壁温分布和换热特性的影响规律。结果表明:螺旋管内壁温周向分布不均匀,单相液体以及过热蒸汽区离心力的作用使内侧母线温度最高、外侧母线温度最低,在两相沸腾区蒸汽受到浮升力作用聚集在管上部而容易发生蒸干,因此上母线温度最高,温度最低值则由离心力和浮升力的相对大小共同决定。局部平均换热系数随热流密度以及进口压力的增加而显著增加,但增大质量流速对换热系数的影响不大,表明核态沸腾是CO2在螺旋管内流动沸腾的主要传热模式而强制对流效应较弱;发现了随着热流密度增加所引起的核态沸腾强度变化以及干涸和再润湿使得换热系数随干度的变化可分成3个区域。并基于实验获得的2 124个数据点拟合两相区沸腾换热关联式。     

超轻多孔泡沫金属平板热管的传热性能研究

以水、乙醇和丙酮为工质,以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯构造了新型的平板热管,并对其传热性能进行了实验研究。研究了填充工质、充液比、热管放置角度及加热功率等因素对平板热管传热性能的影响。结果表明以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯可以显著强化平板热管的传热能力,具有优异的均温性能,扩展了平板热管承载高热流密度的能力,可达200W/cm2以上,并减小了平板热管的热阻,热阻最小可达0.09℃/W。在3种工质中,水为最佳工质选择,且当充液比为30%时具有较好的换热效果。     

平行管超临界流体流动不均匀特性试验研究

为了解超临界循环流化床（CFB）锅炉炉膛中悬吊屏平行管束内工质流动不均匀性,基于流体模化理论,设计超临界工质平行管束试验系统,以R-134a模化超临界水蒸气进行试验研究。试验在工质质量流率500~700 kg/(m2·s),入口温度503~543 K,入口压力4.0~4.3 MPa,CFB颗粒浓度3.9~15.0 kg/m3下进行,研究了上述参数对平行管束中工质流动不均匀性的影响。结果表明:影响工质在管束内流动不均匀性的主要因素包括管外的换热特性、管内的换热特性和管内压降;工质入口温度增加,其在平行管束内的流动不均匀性降低;当工质入口压力高于其临界压力时,入口压力变化对工质整体流动不均匀性影响较小;工质质量流率增加,其流动不均匀性增加;管束外侧颗粒浓度增加,工质流动不均匀性增强;试验条件下,平行管束两侧流动不均系数相对较小。     

近临界压力区临界热流密度的流体模化

为了扩大现有的临界热流密度(critical heatflux,CHF)流体模化技术的适用范围,提高其预测精度,以制冷剂R134a为介质,对近临界压力区的流动沸腾CHF进行流体模化研究。研究了压力对流动沸腾CHF的影响规律,结果表明,CHF随着压力的升高而降低。基于Ahmad补偿失真模型,在流速模化因子和入口条件模化因子的基础上,引入压力模化因子,对经典流体模化模型进行改进。将CHF查询表的模化结果与R134a流动沸腾CHF实验数据进行比较,结果吻合较好。改进的模化模型适用于近临界压力区,计算结果精度较高,计算也较简单。     

分离式热管倾斜蒸发段流动特性试验

采用加热石英玻璃管对倾斜布置的分离式管蒸发段进行了可视化试验,分析了倾角、充液量和热流密度对其流特性的影响;研究了不同工况产生不同流 机理,预测了各种流型中能对分离式热管的传热特性产生的影响。此研究结果可用于分离式热管换热器的工程设计和控制。     

圆形微肋阵肋间距对换热及流动特性数值分析

由微肋阵构成的换热器是解决大规模集成电路存在热障问题的装置.基于CFD软件,对3种不同肋间距的圆形微肋阵进行模拟计算,分析了在不同质量流速和热流密度时肋间距对换热和流动特性的影响,并得到最佳的肋间距.结果表明,出口干度与热流密度和肋间距成正比,与质量流速成反比.压差与热流密度和质量流速成正比,与肋间距成反比.相同工况下...     

Studying heat transfer enhancement for water boiling on a surface with micro- and nanorelief

We present the results from a study of heat transfer enhancement for bulk water boiling at atmospheric pressure on a surface with micro- and nanorelief, including a relief formed from silicon carbide and aluminum oxide nanoparticles. Horizontally oriented steel tube 1.2 mm in diameter and copper plate 15 × 3 mm in size were selected as test sections. The process was recorded by means of a video camera, and the values of heat transfer, critical heat fluxes, and contact angles were measured. The use of surface with micro- and nanorelief makes it possible to obtain a significantly higher critical heat flux and boiling heat transfer coefficient owing to a change of surface wettability. The results of investigations can find use in compact heat exchangers, refrigerating plants, heat pipes, in the mirrors of high-capacity lasers, in the targets and resonators of charged particle accelerators and for external cooling of reactor vessels under emergency conditions.     

脉动热管传热性能实验研究

建立了铜管脉动热管实验台,分析水冷条件下充液率、工质、倾斜角和是否为闭环路等因素对脉动热管传热性能的影响。研究结果表明：随着充液率的增加,整体热阻变大,原因是管内的工作流体增加,流动摩擦阻力增大,气泡的份额减小,脉动驱动力减小,加热段冷却段的温差增大;选用蒸馏水、无水乙醇以及丙酮为工质时,丙酮在脉动热管中更容易形成循环流动而使得传热性能增强,热阻最低;不同倾斜角的实验中,垂直底加热时脉动热管热阻最低,表明重力在工质回流到冷却段起到重要的作用;环路型脉动热管传热性能在相同条件下要比非闭合回路脉动热管传热性能好。     

充液率对单环路脉动热管启动运行的影响

针对单环路脉动热管建立了可视化实验平台,着重考察单环路脉动热管在不同充液率(30%,50%,70%)下的启动、运行情况.实验过程中观察到高充液率下(50%,70%)管内工质的主要流型为塞状流,低充液率下(30%)主要流型为环状流;启动过程中管内工质左右振荡,运行中工质呈现较稳定的单向流动;50%及70%充液率下脉动热管能够顺利地肩动运行;较低的充液率(30%)影响到热管的正常启动和稳定运行;文中采用运行热阻评价热管运行中的传热效果,结果表明,70%充液率的传热效果优于50%充液率.     

Thermophysical problems of nano power engineering. Part 2

The specific features of radiation heat transfer, the wetting and spreading processes on nanoscales, heat transfer in nanocomposites and nanofluids, and matters of boiling physics are discussed.     

Accounting for the Effect of Noncondensing Gases on Interphasic Heat and Mass Transfer in the Two-Fluid Model Used in the KORSAR Code

A model is presented of the interphasic heat and mass transfer in the presence of noncondensable gases for the KORSAR/GP design code. This code was developed by FGUP NITI and the special design bureau OKB Gidropress. It was certified by Rostekhnadzor in 2009 for numerical substantiation of the safety of reactor installations with VVER reactors. The model is based on the assumption that there are three types of interphasic heat and mass transfer of the vapor component: vapor condensation or evaporation on the interphase under any thermodynamic conditions of the phases, pool boiling of the liquid superheated above the saturation temperature at the total pressure, and spontaneous condensation in the volume of gas phase supercooled below the saturation temperature at the vapor partial pressure. Condensation and evaporation on the interphase continuously occur in a two-phase flow and control the time response of the interphase heat and mass transfer. Boiling and spontaneous condensation take place only at the metastable condition of the phases and run at a quite high speed. The procedure used for calculating condensation and evaporation on the interphase accounts for the combined diffusion and thermal resistance of mass transfer in all regimes of the two-phase flow. The proposed approach accounts for, in a natural manner, a decrease in the rate of steam condensation (or generation) in the presence of noncondensing components in the gas phase due to a decrease (or increase) in the interphase temperature relative to the saturation temperature at the vapor partial pressure. The model of the interphase heat transfer also accounts for the processes of dissolution or release of noncondensing components in or from the liquid. The gas concentration at the interphase and on the saturation curve is calculated by the Henry law. The mass transfer coefficient in gas dissolution is based on the heat and mass transfer analogy. Results are presented of the verification of the interphase heat and mass transfer used in the KORSAR/GP code based on the data on film condensation of steam-air flows in vertical pipes. The proposed model was also tested by solving a problem of nitrogen release from a supersaturated water solution.     

空气相对湿度对板式蒸发冷凝器传热性能影响的实验研究

为了研究空气湿度对蒸发式冷凝器传热性能的影响,建立了蒸发式冷凝器板外水膜传热性能实验平台。在其他条件不变的情况下,调节空气湿度参数,测试了空气湿度对喷淋水温度、板片表面水膜及填料表面上、下温度等参数的影响。实验结果表明,当进入板片间的空气相对湿度从85%增至90%,水膜温度呈增加趋势,不同位置水膜温度有明显差别,喷淋水的换热量增加,湿空气的换热量减少,板片的平均热流密度和传热系数均随着相对湿度的增加而变小。     

Heat transfer during the boiling of liquid on microstructured surfaces. Part 2: Visualization of boiling and critical heat fluxes

Results from visualization of boiling process and experimental study of critical heat fluxes on microstructured surfaces are presented. The studied surfaces were obtained using the deforming cutting method and have different design shapes and sizes. Mechanisms of heat transfer enhancement are substantiated. A factor of 4.1 higher value of critical heat flux is obtained.