微小空间多孔表面临界沸腾实验与分析

通过实验研究与观察，首次提出并证明了微小空间粉末多孔薄层表面上几个不同的沸腾传热阶段．与光滑表面上的沸腾有着本质的不同的是，多孔表面上临界沸腾只有在多孔薄层表面以上形成纯蒸汽膜时才能发生，而临界沸腾热流比光滑表面高1～2倍．综合实验结果得出多孔薄层表面上临界沸腾热流计算关联式．     

替代工质HCFC123管外沸腾换热实验研究

对替代工质HCFC123在光管、机加工多孔表面强化管水平单管外池沸腾换热进行了实验研究,实验沸腾饱和温度分别为5℃、8℃和10℃。得出了强化管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律并整理成实验关联式,通过实验可得出强化管的强化换热效果良好,强化倍率在4.56～4.18之间。对CFC11也进行了同样实验,并把二者沸腾换热特性进行比较,强化管外HCFC123比CFC11沸腾换热系数要低8%左右。     

多孔性金属薄层的泡核沸腾试验

对自制的多孔性金属薄层的泡核沸腾传热特性进行研究，试验采用单管沸腾装置，管内使水沸腾汽化，管外用电加热，在试验的温度下，多孔覆盖层表面的沸腾传热膜系数为光滑表面的２．２２倍，泡核沸腾起始温差从３．９℃降至２．１℃，作者还分析了多孔覆盖层表面强化沸腾传热的机理，并提出沸腾传热膜系数与温差关联式。     

电场作用下锥形孔穴表面微细通道内流动沸腾传热特性

为了探究电场作用下锥形孔穴表面微细通道内R141b制冷剂的流动沸腾传热特性,研制不同孔穴直径、孔穴密度的锥形孔穴表面微细通道板.在设计系统压力142 kPa、入口温度34.5℃、热流密度7.72～25.11 kW/m²条件下进行流动沸腾试验,对比分析不同孔穴直径、孔穴密度的微细通道电场强化传热效果.对比锥形孔穴表面微细通道和光滑表面微细通道的沿程传热特性,以进一步分析锥形孔穴对电场强化传热效果的影响.为了研究电场对受限气泡的影响,采用COMSOL软件对微细通道内电场分布进行数值模拟,并结合可视化结果分析电场对受限气泡长径比的影响.研究结果表明：在有效热流密度区间内,孔穴密度相同、孔穴直径大的微细通道电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了10.1%;孔穴直径相同、孔穴密度大的微细通道,电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了19.3%.锥形孔穴表面微细通道的电场强化传热效果优于光滑表面微细通道,电场作用下的微细通道内受限气泡的长径比与无电场时相比更小.     

用强化屏改善低肋管沸腾传热性能的实验研究

本文针对低肋管沸腾传热的特点,提出加强化屏改善低肋管池沸腾传热性能的方法。对低肋管加强化屏的池沸腾传热进行了实验。实验结果表明,采用强化屏可使低肋管沸腾传热系数提高几倍乃至十倍。强化效果与强化屏的开口度,加热负荷及工质热物性有关。     

双层复合表面材料管传热过程的研究

分别从蒸馏水、NaOH 溶液为实验介质,研究了光滑管、复合材料管表面上的相变沸腾传热过程。认为采用热喷涂—化学法处理的复合表面材料管,可以增大相变传热系数,以达到强化沸腾传热的目的。     

池核沸腾传热强化及阻垢研究

通过池沸腾实验,利用自动数据采集系统考察了CaCO3的生成对饱和池核沸腾传热的影响,并考察添加剂和超疏水表面对池核沸腾传热的影响。选用W/O型聚丙烯酰胺(简称PAM)为添加剂,研究了添加剂水溶液的性质、添加剂浓度、热通量等因素对池核沸腾传热的影响,并对CaCO3的形成影响池核沸腾传热过程进行了机理分析,并以表面核化中心与污垢沉积及生长相互影响的观点对实验结果进行了解释。本实验通过动态模拟研究结果表明,W/O型聚丙烯酰胺具有强化池核沸腾传热的性能,PAM可降低气泡的脱离直径,增加气泡的脱离频率,提高传热系数,而且有最佳浓度范围;同时还表明经过超疏水处理后的加热器表面具有良好的抗垢性能,在稳定阶段,处理后的表面的传热系数高于未处理表面上的传热系数。     

混合物沸腾传热研究

对乙二醇－水、乙醇－水、丙醇－乙醇几种二元混合物进行了池式沸腾传热实验,实验结果表明：这些二元混合物池式沸腾传热膜系数较其纯组分的低。并在此基础上对二元混合物沸腾传热机理进行了探讨。     

用小直径颗粒床改善池内沸腾的热滞后特性

对水平表面上小直径颗粒床的饱和池沸腾传热做了实验研究,发现热滞后特性获得了重大的改善,使温度过头现象可以消除,因而这种方法可能用以改进微电子元件的冷却。但沸腾传热在高热流下比平板时明显恶化。     

添加剂对乙二醇水溶液沸腾传热的研究

选择乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水为工质，研究了加入不同种类和浓度添加剂(表面活性剂)后，上述混合物池式沸腾传热特性.试验结果表明：某些表面活性剂能明显强化乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水溶液池式沸腾传热，其最佳添加浓度为(5.2～6.9)×10^-4 mol/L.同时对添加剂能强化乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水溶液沸腾传热机理进行了探讨.强调表面活性物质主要通过降低溶液表面张力，降低固液界面的润湿性，增加固液接触面，增加汽化核心数等来强化上述混合物的沸腾传热.     

管外及窄环隙流道池沸腾换热对比实验分析

在常压下以水为工质，对管外及窄环隙流道池沸腾换热进行了实验与观察，研究热负荷和加热面方位对核态沸腾换热性能的影响．结果发现：竖直加热面位置对沸腾换热有显著影响，其中对于管外沸腾主要在低负荷区产生影响，而对于环隙流道则在达到临界热负荷之前一直有明显的影响，倾斜使光管沸腾换热减弱，但对环隙流道没有显著的影响．不同的数据处理方法有时会使实验结果产生差异.     

基于 RBF神经网络的水平光管内R407C流动沸腾换热预测

基于 RBF神经网络建立了水平光管内混合工质 R407C流动沸腾换热的预测模型,以质流密度(G),热通量(q),干度(x),饱和温度(Tsat)和光管内径(D)作为网络输入,流动沸腾换热系数(h)作为网络输出,神经网络模型通过训练学习,对水平光管内 R407C的流动沸腾换热系数进行预测,经实验数据验证,预测结果与实验结果吻合较好,网络预测的平均误差为-0.9%,绝对误差为5.5%,均方根误差为10.9%,并且网络预测结果与四个传统关联式的计算结果相比有了明显的改善.由此说明该模型适用于水平光管内 R407C的流动沸腾换热预测,对采用 R407C制冷系统管式蒸发器的优化设计具有一定的指导意义     

Enhancement of flow boiling heat transfer with surfactant

The surfactant additive octadecylamine (ODA) was used to enhance the flow boiling heat transfer of water in vertical copper tube, and the effects of the aqueous solution properties, mass fraction of ODA, mass flux and heat flux etc. on flow boiling heat transfer were investigated. In order to analyze the mechanism of enhancement on boiling heat transfer with ODA, the copper surface was detected by XPS, and the diagram of binding energy was obtained. The results show that ODA can be adsorbed on the surface of the copper wall, and affects the properties of the heating surfaces and enhances the flow boiling heat transfer of water. Only in low heat flux and in a suitable range of concentration, can ODA aqueous solution enhance flow boiling heat transfer, and the suitable mass fraction of ODA is in the range of 1 × 10⁻⁵ −5 × 10⁻⁵. In addition, compared with water, ODA aqueous solution does not increase the flow drag under the same experimental conditions. Foundation item: The Natural Science Foundation of Tianjin(No. 94220) Biography of the first author: QIU Yun-ren, doctoral student, born in Dec. 1966, majoring in heat and mass transfer in chemical engineering.     

光管管束的沸腾传热实验研究

本文实验研究了管束间距、管排数、管束排列方式、热负荷大小和沸腾工质物性等因素对光管管束池沸腾传热的影响规律。实验包括有二排管束、三排管束、七管束、十三管束等,管束相对间距在0.9～3.3之间。实验结果表明,对于旺盛核池沸腾区域,管束中管间距的影响甚微,沸腾曲线基本上与光管时吻合;对于自然对流向核沸腾转折区域,管束各管间的影响较大,明显地使传热强化,一般可提高10～100％。     

水平管道过冷沸腾换热的非稳态数值计算

为研究循环式冷却系中涉及的过冷沸腾流动传热特性,基于VOF多相流模型和Lee相变模型对一水平管道中的过冷流动沸腾过程进行非稳态数值计算。考虑到沸腾起始点的影响,在Lee模型的基础上引入Bergles提出的沸腾起始点关联式以对其进行修正。从热边界层发展和沸腾阶段的发展两方面分析水平管道过冷沸腾换热过程中的流动换热特性及其波动规律,总结了不同热流密度工况下相关参数的分布关系以及对流换热系数沿流动方向的分布规律。结果表明：热边界层的发展和沸腾不断加剧使得流场的不稳定性增加,加热区域后部对流换热系数的波动幅值是入口附近的2倍;热流密度的增加使得流动和换热参数沿流动方向的变化速度加快,热流密度为250 kW/m²工况下,热边界层发展所影响区域约为150 kW/m²工况下的60%;热边界层的发展使得加热段前部的对流换热系数呈现前高后低的特点。当受热区域热流密度较大时,换热设备可以通过减小换热通道长度的方式,在提升换热效率同时减小沸腾带来的换热系数波动的影响。     

Duality of boiling systems and uncertainty phenomena

Interactions among dry patches at high heat flux are theoretically analyzed. The high heat flux boiling experiments on metal plate wall with different materials and thickness are correspondingly conducted. The duality of boiling system, i.e. hydrodynamic performance and self-organized performance is identified. A unified explanation of hydrodynamic models and dry patches models is given. The scatter and uncertainty in boiling data can be mainly attributed to the intrinsic duality, but not the sole surface effects. The present experimental results explain why the deviation point at high flux boiling is seen only on occasion and why the self-organization of dry patches is often ignored in available literature.