混合工质管内流动沸腾传热研究进展

混合物流动沸腾传热是一种非常重要的传热方式,在现代工业中有着大量应用.在总结了对单工质和混合物管内流动沸腾传热相关理论和研究成果的基础上,对相关传热预估关联式进行了介绍,指出了现有研究的不足,例如:不适用于低温流体,关联式的适用性和精度不足.为进一步的研究指明了方向.     

强化管内流动沸腾换热研究现状

介绍了强化管内流动沸腾换热国内外的研究现状,分析了微肋管内流动沸腾换热的影响因素,并且给出了几个实用的微肋管内沸腾换热关联式,最后对微肋管内沸腾换热的研究方向进行了讨论.     

Two-Phase Flow of Blood with Magnetic Dusty Particles in Cylindrical Region: A Caputo Fabrizio Fractional Model

The present study is focused on the unsteady two-phase flow of blood in a cylindrical region. Blood is taken as a counter-example of Brinkman type fluid containing magnetic (dust) particles. The oscillating pressure gradient has been considered because for blood flow it is necessary to investigate in the form of a diastolic and systolic pressure. The transverse magnetic field has been applied externally to the cylindrical tube to study its impact on both fluids as well as particles. The system of derived governing equations based on Navier Stoke’s, Maxwell and heat equations has been generalized using the well-known Caputo–Fabrizio (C–F) fractional derivative. The considered fractional model has been solved analytically using the joint Laplace and Hankel (L&H) transformations. The effect of various physical parameters such as fractional parameter, Gr, M and γ on blood and magnetic particles has been shown graphically using the Mathcad software. The fluid behaviour is thinner in fractional order as compared to the classical one.     

微肋管内制冷剂流动沸腾换热研究进展

内微肋管是增强管内凝结与沸腾换热的重要技术之一,在制冷空调领域有着广泛的应用。本文基于对近年文献回顾,从实验和计算关联式两方面综述了微肋管中沸腾换热的研究现状,总结了质量流速、热流密度、干度、管道结构、润滑油等对换热系数和压降的影响,讨论了现有的沸腾换热关联式的适用性和准确性,并指出了需要进一步研究的问题。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优点,可以强化流动沸腾换热的效果.本文在实验工况为孔密度10～40 PPI,干度0.1～0.9,质流密度90～180 kg/(m2·s),热流密度12.4～18.6 kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性...     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

R134a水平微细管内流动沸腾换热的实验研究

本文对R134a在水平微细管内的流动沸腾进行了实验研究。实验测试段选用了内径为1 mm、2 mm、3 mm共3种不同的水平光滑不锈钢管,实验的饱和温度为5~30℃,热流密度为2~70 k W/m2,流量范围为200~1500 kg/(m2·s)。实验结果表明:相同条件下,干涸前2 mm管较3 mm管换热系数平均增幅为11.6%,1 mm管较2 mm管换热增幅为26.3%,1 mm管径换热系数比3 mm管径平均增大40.8%。随着管径的减小,换热系数在更低的干度开始减小,质量流速和强制对流蒸发作用对换热系数的影响变小,热流密度的影响依然显著;塞状流和弹状流区域减小,泡状流和环状流区域增大。     

机载蒸发循环系统两相流换热特性实验研究

相变传热凭借其良好的传热能力和较低的能耗的特点在航空航天领域的电子设备冷却尤其是蒸发制冷循环系统中得到应用。飞行器在机动飞行或进出大气层都会遇到超重状态。超重状态下的两相流的流动及传热特性相对于静止状态时候发生了很大的变化。以流动水为介质,通过搭建旋转平台对超重状态下两相流系统进行了实验研究,得到流体在过载时流动特性和传热特性的初步变化规律。结果显示超重对流动和换热都会产生显著影响。试验结果对于飞行器上相变换热器的理论分析和设计积累了有价值参考资料。     

微细管内CO2流动沸腾换热特性研究

针对CO2作为制冷剂在微细通道内流动沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与换热系数实验研究定量与定性的分析了热流密度：2~35 kW/m2,饱和温度：﹣10 ℃ ~15 ℃工况时,内径为1 mm、2 mm圆管内的换热系数。实验结果表明：热流密度的增加强化了微细通道内工质核态沸腾换热,使换热系数得到显著提高;换热系数随饱和温度非单调变化,饱和温度较高时,越接近CO2临界温度其换热系数随饱和温度升高而增加,当饱和温度在低温工况时换热系数则随其降低而增加,换热过程中发生干涸干度随饱和温度升高而单调降低。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。     

倾角与冷却水温度对新型闭式重力热管换热器传热性能影响

本文以丙酮为工作流体,设计了一套新型重力热管换热器,该装置由五根底部连通的垂直蒸发管共用一根水平同心套管冷凝管构成。采用理论和实验相结合的研究方法,分析了装置的传热性能,并对其结构参数进行优化。研究了当倾斜角度为15°~90°、操作温度为40~80℃、冷却水温度为10~30℃时装置的传热性能。结果表明:新型重力热管换热器具有良好的等温性能及操作稳定性;当充液率为15%、倾斜角度为60°、冷却水温度为30℃时,换热器达到最佳工作状态;最大传热量可达1 700 W左右,此时平均热阻为0.042℃/W。     

水平细通道内CO_2流动沸腾换热流态特性实验研究

本文对水平细通道内CO_2流动沸腾换热过程中流态及其转变特性进行理论分析和可视化实验研究。根据可视化实验结果,更新了CO_2在低蒸发温度下的理论流动状态预测模型。实验工况为:热流密度(7. 5～30 k W/m2)、质量流率(50～600kg/(m2·s))、饱和温度(-40～0℃)、干度(0～1)、内径(1. 5 mm)。理论分析表明:质量流率对换热过程中经历的流态形式有决定性作用,热流密度对环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流边界转变曲线影响较大,饱和温度对流态转变具有重要影响。可视化研究表明:基于理论流态图对于CO_2在细通道内流动沸腾换热的流态能够较好的预测,也能反映不同工况下流态的变化趋势,但理论流态图对干涸区域和雾状流区域预测偏差较大;在实验数据的基础上,增加了液气黏度比的无量纲因子,并提出一种新的临界热流密度预测模型。在考虑质量流率和热流密度影响的情况下,根据更新后临界热流密度预测模型和实验数据,引入沸腾数Bo对理论流态图中环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流及间歇流/弹状流-环状流边界转变曲线进行了更新,可视化研究获得的流态数据中89. 4%符合更新后的CO_2理论流态预测模型。     

微通道平行流冷凝器两相流传热和压降的修正方法

本文通过建立以R134a为制冷剂的微通道平行流冷凝器的分布参数模型,使用交复检验非线性法对微通道冷凝器两相区的传热和压降关联式进行修正,并与无修正的仿真模拟结果、传统简单多项式拟合修正法的结果进行了比较。结果表明,运用交复检验非线性法修正的效果要优于无修正及传统简单多项式拟合法,使用前者修正后可将换热量误差减少64. 5%,均方误差控制在3%以内;制冷剂侧压降误差减少82. 05%,均方误差控制在10%以内,该方法为换热量和制冷剂侧压降的修正提供了一种预测精度更高的思路和方法。     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

R410A在内螺纹管内无润滑油沸腾换热实验研究

为了建立无润滑油的实验台,采用液压隔膜泵为动力循环,以R410A和R22为工质在水平内螺纹铜管(φ5mm和φ9.52mm)中进行了沸腾换热实验研究,并对二者沸腾换热性能做了对比.分析讨论了制冷剂质量流速、管外水流量变化、强化管的管径对压降和换热系数影响.结果表明:换热系数随着流量的增大而增大,管径的大小对换热系数的影响较大,在相同的流量下,9.52mm管径的换热系数是5mm的1.32～7.22倍,5mm管径的压降是9.52mm管径的1.48～2.68倍.     

5 mm小管径内R290流动沸腾换热特性

本文对R290在5mm小管径内的流动沸腾换热特性进行实验研究,重点研究热流密度、质量流率及饱和温度对沸腾换热表面传热系数的影响。实验工况为:热流密度10～60 k W/m2、饱和温度15～25℃、质量流率50～200 kg/(m2·s)、干度0. 1～0. 9。结果表明:增加热流密度可实现强化换热,提高表面传热系数,使干涸现象提前发生,并加剧干涸;质量流率在低干度区间对表面传热系数的影响较小,在中干度和高干度区间表面传热系数与质量流率分别呈正相关;当热流密度较低时,在中干度区间,增大饱和温度会使表面传热系数降低;而在较高的热流密度下,增大饱和温度明显引起表面传热系数的上升。     

R404A在小管径管内流动沸腾换热特性研究

R404A在小管径管内的流动沸腾换热过程是一个极其复杂的物理现象。目前对R404A换热特性的研究大多集中在大管径上,对小管径换热特性的研究较少,且对不同实验现象的机理分析也不尽相同。因此R404A在小管径管内换热特性的理论研究仍需要大量具体的实验数据来支撑。本文通过搭建小管径内螺纹铜管蒸发实验台,研究R404A在小管径管内流动沸腾换热过程中不同热流密度、不同蒸发干度、不同质流密度、不同饱和温度对表面传热系数的影响,研究表明:热流密度、干度、质流密度、饱和温度均对R404A在小管径管内换热特性的影响较大,干涸现象发生前后这些因素产生的影响也不同。此外,这些因素对管内干涸现象发生的起始干度、沸腾主要换热形式以及干涸现象是否发生具有直接影响。     

Pressure drop data and prediction method for enhanced external boiling tube bundles with R-134a and R-236fa

The pressure drops of external flow over enhanced tube bundles were experimentally obtained at both adiabatic and diabatic conditions using R-134a and R-236fa as test fluids. The tests were carried out at saturation temperatures of 5 and 15 °C, mass fluxes from 4 to 40 kg m⁻² s⁻¹, heat fluxes from 15 to 70 kW m⁻² and inlet vapour qualities ranging from 10% to 90%. The frictional pressure drop was found to be primarily a function of mass flux and vapour quality. After comparisons were made with prediction methods in literature a new pressure drop prediction method was proposed for adiabatic and diabatic conditions. The proposed method is based on local measurements (4 and 8 tube rows) and flow conditions (evaluated per tube pitch) and the prediction method is well adapted to local incremental implementation for flooded evaporator design.     

Thermal Response of a Two-Phase Near-Critical Fluid in Low Gravity: Strong Gas Overheating as Due to a Particular Phase Distribution

An experimental study of the thermal response to a stepwise rise of the wall temperature of two-phase near-critical SF₆ in low gravity for an initial temperature ranging from 0.1 to 10.1 K from the critical temperature is described. The change in the vapor temperature with time considerably exceeds the change in the wall temperature (overheating by up to 23% of the wall temperature rise). This strong vapor overheating phenomenon results from the inhomogeneous adiabatic heating process occurring in the two-phase near-critical fluid while the vapor bubble is thermally isolated from the thermostated walls by the liquid. One-dimensional numerical simulations of heat transfer in near-critical two-phase ³He confirm this explanation. The influence of heat and mass transfer between gas and liquid occurring at short time scales on the thermal behavior is analyzed. A model for adiabatic heat transfer, which neglects phase change but accounts for the difference between the thermophysical properties of the vapor and those of the liquid, is presented. A new characteristic time scale of adiabatic heat transfer is derived, which is found to be larger than that in a one-phase liquid and vapor.