水平横槽纹管内氨沸腾换热及压降特性实验研究

对水平横槽纹管内氨沸腾换热及其压降特性进行了实验研究，获得了不同热流密度、不同质量流速和不同局部蒸汽干度下沸腾换热和压降的实验数据。实验结果表明，在本实验的参数范围内，与光滑管相比，横槽纹管在压降增加不大的情况下可使管内沸腾换热系数提高３０％～１５０％，横槽纹管的节距减小对传热强化的作用明显，而对槽深的影响不大。还给出了横槽纹管内氨局部沸腾换热和压降的无因次准则关系式。     

液氮过冷沸腾壁面换热特性的数值研究

应用计算流体力学(CFD)研究手段,对液氮过冷沸腾过程进行了模拟。系统分析了过冷沸腾壁面换热过程中存在的各传热模式,得到3部分热流沿管长的分布规律。计算结果表明,在过冷沸腾后期,蒸发热流成为壁面换热的主要模式。同时,就壁面热流密度的变化对3部分热流的影响进行了分析。随着壁面热流的增加,过冷沸腾出口处淬火热流和对流热流将减小,只有蒸发热流增大,且所占总热流份额绝对占优,壁面热流的增加促进了沸腾换热。     

电火花改性表面池沸腾换热特性

通过电火花成型加工技术在铜基换热表面制备微纳结构改性表面,以自制换热表面性能测试装置进行改性表面的池沸腾换热性能实验。改性表面随加工电流改变而具有不同粗糙度、孔隙率和粗糙度因子,表面接触角范围在117.4°~133.5°。实验结果表明,改性表面的微纳结构提高换热面的池沸腾换热效果,临界热流密度较光滑铜表面提高了26%~87.8%,最大传热系数提高了48.1%~213%。改性表面的传热系数随着粗糙度增大而减小,而临界热流密度则是先增大后减小;孔隙率的增大使得改性表面的传热系数也随之增大,临界热流密度则是随着孔隙率的增大而先增大后减小;临界热流密度随着粗糙度因子的增大而降低,传热系数则是先增大后降低。粗糙度对沸腾换热的强化效果较小,孔隙率和粗糙度因子是强化池沸腾换热的关键,孔隙率和粗糙度因子分别影响了气泡核化密度和实际接触面积,提高了气泡脱离频率,带走更多的热量,但两者间存在互相制约的平衡关系。     

低压条件下纳米流体的沸腾换热特性

在不同低压压力和不同纳米流体浓度下对光滑传热面上的水基纳米流体的池内沸腾特性进行了试验研究.纳米流体由平均直径50 nm的氧化铜粒子加入去离子水中组成,没有加入任何添加剂.研究主要针对7.2 kPa到100kPa的压力区间和0.1%到2%的质量浓度区间内压力和颗粒浓度对光滑表面沸腾换热特性的影响,研究结果表明:压力对纳米流体的沸腾换热特性有强烈影响,沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)强化率随着压力的降低而大幅度增加.纳米流体浓度对沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)有重要影响,并且在质量浓度约1%附近存在一个最佳颗粒浓度.研究结果显示由与去离子水相比,质量分数为1%,压力为7.2 kPa的纳米流体在光滑表面上的沸腾换热系数和临界热流密度都得到了显著提高.     

横槽管内降膜蒸发传热特性的实验研究

为探究不同参数对横槽管内降膜蒸发传热特性的影响规律,搭建了竖管降膜蒸发实验平台,开展了降膜蒸发传热实验,对光滑管与横槽管进行对比研究。在单位周边流量Γ=0.15—0.75 kg/(m·s),传热温差ΔT=10—16 K,热流密度q=12—36 kW/m~2,二次蒸汽雷诺数Re_v=1.5×10~4—4.5×10~4的范围内,测得了2种管型换热管内的降膜蒸发传热系数;分析了各参数对降膜蒸发传热特性的影响。研究结果表明,横槽管内降膜蒸发传热系数随单位周边流量、传热温差、热流密度及二次蒸汽雷诺数的增大而增大。横槽管内降膜蒸发传热系数约为光滑管的1.23倍,横槽管内壁特殊的环肋结构对降膜蒸发传热的强化作用明显。根据实验数据关联出横槽管降膜蒸发传热关联式。以上结论可为横槽管用于立式降膜蒸发器的研究提供有益参考。     

热力学超临界流体换热计算与分析

超临界流体技术是新兴的化工技术之一 ,换热是其工程应用研究的重要方向。该文以水作为超临界流体的代表 ,以逆流操作的套管式换热器为对象建立简化的物理模型 ,再通过微元热量平衡分析 ,建立数学模型 ,并用数值方法求解。文中研究了 2 5MPa、 30MPa和 35MPa ,及 2 5— 6 0 0℃范围内冷热流体的温度、总传热系数和热流密度沿管长的变化 ,结果显示了在近临界区由于物性变化剧烈 ,使占整个管长的 1/ 3— 1/ 2的区段换热效率变低的独特规律。压力升高有利于换热的进行 ,并讨论了管径的影响。     

半椭圆管水平降膜液膜厚度影响因素研究

为研究半椭圆管在水平降膜蒸发时各参数对液膜厚度的影响与液膜分布规律,搭建了单根水平降膜液膜厚度拍摄实验台,用图像差值法研究了热流密度、喷淋温度、布液高度、喷淋密度对液膜厚度的影响,并比较了相同工况下不同管型的液膜厚度。研究结果表明:随着热流密度增加,平均液膜厚度减小;随着喷淋温度增加,液膜厚度减小;随着布液高度的增加,平均液膜厚度逐渐减薄,在布液高度很小的时候,换热管上部容易积液;随着喷淋密度的增加,平均液膜厚度逐渐变厚;对于截面周长相同的圆管,椭圆管和半椭圆管,在相同工况下,所有管型的换热管的液膜厚度在周向角上都存在一个最薄点,最薄点出现在90°附近,且半椭圆管的平均液膜厚度最薄。     

电场对竖直矩形微槽群润湿及表面温度的影响

微槽群在热流密度较大时会达到其毛细极限,可通过主动换热方式之一——电水动力学效应对其进行强化。本文为了研究电场对微槽群表面润湿特性和温度分布的影响,采用平板电极提供电场,蒸馏水作为工质,使用高速相机拍摄微槽内液体润湿长度,测量误差为2.97%～7.46%;使用红外热像仪拍摄电场作用下微槽群表面温度分布,测量误差为2.1%～2.39%。热流密度测量误差范围是9.66%～11.11%。结果表明：电场通过驱动微槽内流体向加热区域流动而提升其润湿性能,且较低热流密度下提升更好。因润湿性能的提升,微槽表面温度得以下降。随着电场增强,微槽横向温度分布的“波峰”、“波谷”差别加大,微槽纵向温度明显降低。当热流密度加大时,温降更为显著,1.4W/cm²热流密度、6kV电压下温降可达到30℃以上。温降的增加反映了电场对微槽的强化润湿进一步提升了微槽换热性能,且电场对较高热流情形下的微槽换热有着更为显著的强化效果。     

螺旋椭圆管换热器传热特性与阻力特性研究

旨在研究螺旋椭圆管式换热器管内流动换热性能。借助CFD数值模拟方法分析了流体入口角度θ和椭圆截面长短轴之比a/b对螺旋椭圆管式换热器管内流动和换热的影响,并且利用综合传热增强因子PEC评价了换热器的综合换热性能。结果表明:螺旋椭圆管内存在二次流,导致螺旋椭圆管截面内温度梯度和速度梯度径向分布不均;在研究范围内,θ增大,努塞尔数Nu增加,摩擦系数f提高,综合换热性能增加;θ>45°时,螺旋椭圆管综合换热性能优于螺旋圆管。θ一定时,a/b越大,综合换热性能越好。通过对多种不同结构的螺旋椭圆管进行多工况数值模拟后,修正了现有的准则关联式,提高了准则关联式的准确度。     

升膜蒸发器管内传热性能的实验研究

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,建立了升膜蒸发系统传热实验平台,实验所用升膜管管长2 800 mm,升膜管采用TP2紫铜管,工作介质为纯水,升膜管采用电加热方式加热;研究了热流密度(4.20 k W/m~2≤q≤16.81 k W/m~2)、流量(40 L/h≤M≤200 L/h)和真空度(20 k Pa≤P≤40 k Pa)对升膜管传热特性的影响。结果表明,升膜管沿轴线方向内壁温度是先急速增大到最大值然后再逐渐减小。当热流密度为6.05 k W/m~2,流量为80 L/h时,相对应的管内换热系数最大。流量为40~80 L/h时,流量越大相对应的管内换热系数越大。真空度越大,升膜管的内壁温度越低。     

活性焦颗粒在移动床中的传热特性

为研究活性焦颗粒在移动床中的传热特性,以管壳式换热器为换热装置进行传热实验。空气经加热后与活性焦颗粒在换热器的壳程与管程中呈逆流流动,采用控制变量法,改变热空气流速u_s、开始卸料时热空气出口设定温度T_(air)以及活性焦颗粒卸料速度v_p等因素,测定不同实验工况下换热器的传热温差ΔT_m、传热负荷Q及总传热系数K,并观察其变化规律。结果表明,u_s对ΔT_m有很大影响,随着u_s增大,Q和K逐渐增大,在T_(air)=40℃,u_s=16 m/s,v_p=150 kg/h时,K高达9.32 W/(m~2·K),且K与u_s的幂次方n=0.64相关;随着T_(air)的升高,ΔT_m无明显变化,Q与K逐渐降低,T_(air)达到70~80℃后,K几乎无变化;随着v_p增大,ΔT_m增长非常缓慢,Q和K呈线性增长,K大于7.5 W/(m~2·K),v_p每上升50 kg/h,K增加0.9 W/(m~2·K)。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S_1、纵向管间距S_2和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明:横向管间距在60.55~70.55 mm范围内,空气侧N_u和E_u均随S_1减小而增大,S_1为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65~75 mm范围内,空气侧N_u随S_2减小而增大,E_u变化不明显,S_2为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5~2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析

推导出了气流横向冲刷管束湍流换热时的传热Nu数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对湍流时场协同原理进行了分析与验证。结果表明,换热随管排方式和管间距的改变而有所不同,是因为速度场与热流场的协同作用的不同,速度场与热流场的协同性好,则传热性能好。场协同原理同样适合于气流横向冲刷管束湍流流动与换热。对湍流换热时场协同作用特点进行了分析,指出湍流时速度场与热流场的协同作用对换热的影响主要表现在粘性底层以外的壁面附近。     

横纹槽管管外强化传热数值模拟与场协同分析

利用FLUENT软件对横纹槽管和光管水平管外的对流传热进行了数值模拟,并比较两种管的换热特性。结果表明,在相同条件下,横纹槽管外侧换热系数是光管的1.2～1.5倍,且随着Re的增加,倍数值逐渐减小。最后应用场协同理论,从局部换热角度分析其强化机理。分析结果说明横纹槽管外侧换热得到强化的原因是协同程度随其周围的速度场与温度场之间夹角的变化而改变。     

薄液膜蒸发传热影响因素分析

用数值方法求解了蒸发薄液膜区域的控制方程,得到了不同过热度下界面的形状和液膜内部的压力分布,计算结果显示:在蒸发薄液膜区域存在着很大的热流密度,脱离压力起到了液体输运的主导作用,表面张力系数的改变对本区域换热影响很小.毛细微槽宽度较大时(μm量级),其改变对薄液膜区域的影响也很小.选取汽化潜热较大的工质和采用降低液体黏...     

润湿性对微纳复合结构表面池沸腾换热的影响

为揭示润湿性对微纳复合结构表面池沸腾传热的影响,采用电刷镀工艺和表面改性技术在紫铜表面制备了接触角分别为6.5°和148.6°的超亲水性和超疏水性微纳复合结构,通过实验对比研究了不同表面的饱和池沸腾传热特性,结果表明:(1)超亲水性和超疏水性微纳复合结构的最大换热系数较光表面分别提高了3倍和1.5倍;(2)在q580k W×m~(-2)的低热流密度区,超疏水性微纳复合结构的换热系数最大;当q580 k W×m~(-2)时,超亲水性微纳复合结构的传热性能开始优于超疏水性微纳复合结构;(3)超亲水性微纳复合结构表面的临界热流密度较光表面和超疏水性微纳复合结构分别提高了110%与60%;微纳复合结构显著增加了受热表面的气泡核化密度,而亲水性微纳复合结构的毛细吸液能力要显著强于疏水性微纳复合结构,是临界热流密度增大的主要机理。     

R1234ze(E)与R134a在水平强化管外降膜蒸发实验对比

为研究HFOs制冷剂R1234ze(E)与HFCs制冷剂R134a在Y型翅内螺纹双侧强化管管外降膜蒸发的换热性能,搭建了水平管降膜蒸发换热性能测试实验台,分别在不同的管内水速、喷淋密度、热流密度以及蒸发温度条件下进行了实验,利用Wilson-Gnielinski图解法分离管内外的换热系数,得到了2种制冷工质管外降膜蒸发时的换热特性。实验数据分析表明:该强化管管内换热的强化倍率为2.34,2种制冷剂的总传热系数K和管外换热系数h_o均随着制冷剂喷淋密度的增加呈现先升高再略有降低的趋势;随热流密度的增加呈现降低趋势;随蒸发温度的增加呈现增加趋势,但变化量较小。R1234ze(E)的管外降膜蒸发换热系数略高于R134a。     

电场分布对R123沸腾换热的影响

采用6种不同电极布置方式,进行了不同电势和热流密度下的R123池沸腾换热的试验研究。通过数值分析,计算了不同电极布置下换热面上的电场强度及分布。不同的电极布置,会导致换热面上电场强度和电场均匀性两方面的变化。结合试验和电场分布的计算结果,分析了电场均匀性、电场强度、热流密度与沸腾换热效果之间的关系。结果表明,在低热流密度下,电场分布对沸腾换热影响较大;而在高热流密度下,影响较小。电水动力学（EHD）强化换热效果是电场强度和电场均匀性综合作用的结果。     

微细通道内CO2沸腾换热与干涸特性

CO₂作为一种天然制冷剂在微通道内应用具有很大的换热优势,然而由于微尺度效应及其物性,在低干度区容易发生干涸,严重影响换热效果。为研究微细通道内CO₂流动沸腾换热与干涸特性,搭建了相应实验装置,对内径分别为1mm、2mm、3mm以及内表面粗糙度为16μm的不锈钢管,在CO₂制冷剂热流密度2~34kW/m²、质量流率50~1350kg/(m²·s)、饱和温度-10~15℃下进行换热性能与干涸实验对比研究。结果表明:常规管径换热特性在微细通道内不再适用;热流密度的增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响,高于临界热流密度(critical heat flux,CHF)则发生干涸;质量流率对于核态沸腾区换热系数的影响则较小;不同饱和温度时换热特性有所不同,高饱和温度下换热系数随其升高而提高,低饱和温度下则相反;干涸过程对总换热系数的影响占34%。研究结论为CO₂微通道换热器的研究开发提供理论依据。     

螺旋管内超临界CO2对流换热特性数值研究

本文模拟了超临界CO₂在竖直螺旋管内对流换热过程,研究了质量流速、压力、热流密度等参数对其传热系数的影响,并对比了超临界CO₂在螺旋管与直管对流换热性能。结果表明,提高质量流速、降低热流密度能够有效提高换热系数。相比于圆管,螺旋管能够有效提高超临界CO₂对流换热系数,最高平均增幅为11.2%。