汽-液-液三相垂直管内充分发展流传热性能

研究了垂直管内连续相水和分散相戊烷泡滴之间的流动和传热性能 .在全面考虑了汽体的膨胀、水蒸气的蒸发、界面张力的作用、汽液两相的相互作用和滑移、泡滴的破碎等影响因素的基础上 ,建立了与实验结果吻合较好的一维流体力学模型和传热模型     

不互溶液体间直接接触传热的研究进展

介绍了不互溶液体之间直接接触传热的主要研究内容和理论方面的研究进展,阐述了直接接触传热过程中泡滴与连续相之间存在的三种传热表面以及传热表面积和传热系数的简化计算,并给出了一些瞬时传热系数的合理表达式。最后,对直接接触传热过程在工程技术中的应用进行了简单介绍,并着重叙述了它在蒸馏领域中的应用情况。     

戊烷液滴群在水中汽化传热的实验研究

采用频闪摄影的实验方法研究直接接触汽化传热过程中戊烷液滴群的行为及与传热系数的关系,在研究的基础上总结了戊烷与水直接接触汽化传热的机理。分析了戊烷进口流量、水温、测试高度对戊烷与水液液界面面积的影响,进一步分析了泡滴上升速度、测试高度、戊烷汽化率对戊烷泡滴传热系数的影响。实验结果表明:随着测试高度和水温的增加,液液传热面积逐渐减小,而戊烷的流量增加使得单位体积的传热面积增加;连续相水的剧烈湍动和液液界面的频繁更新使得传热系数增加;流体的混合强度越大,越有利于减小传热热阻,促进水主体与界面水的传热。     

分离式热管的研究进展

本文综述了分离式热管的研究进展,包括蒸发段的各种流型,充液量,传热特性,传热极限和最佳工作状态。其中详细介绍了蒸发段的传热特性和热管的各种传热极限:粘性极限、声速极限、干涸极限、沸腾极限、冷凝极限和装置极限。     

分离式热管的传热极限

应用热管理论和自然循环流体动力学理论,对分离式热管内的传热极限作了分析,指出了分离式热管的传热极限与传热过程中的热流密度和热管内的充液量有关,在高热流密度传热和充液量偏多或偏少的情况下,会存在以下几种传热极限：（１）蒸发段的干涸传热极限;（２）蒸发段的沸腾传热极限;（３）冷凝段的凝结传热极限;（４）循环回路的流动传热极限。     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

氢气燃烧浸没蒸发

浸没燃烧蒸发器是高温燃气直接和被蒸发液体进行传质、传热的蒸发设备。采用氢气燃烧后过热很高的水蒸汽在液下鼓泡使烧碱浓度由30％提高至45％,最后生产96％固碱或片碱。     

两相流载气蒸发研究和传热数据关联

两相流载气蒸发是在蒸发器的垂直加热管中引入一种惰性气体,使液体的蒸发在气液两相界面上进行的过程.本文研究了载气蒸发的流型区域和传热规律,对载气蒸发的特性进行了机理分析,并以叠加模型关联了实验数据,获得了准数方程式.     

热粘液中引入挥发性冷剂进行汽化冷却的传热研究

研究了热粘液中引入挥发性冷剂进行汽化冷却的传热过程。在一垂直圆形循环管中,引入冷剂酒精液滴于热浓糖溶液中,获得了糖液的汽化冷却曲线：分析了冷剂通入量对瞬间主体温度及容积传热速率的影响,并以“界面汽化热阱”的概念对传热机理进行了分析。冷剂在热粘液中汽化,是以泡滴的形态进行的。由于酒精与糖液是互溶的,在圆形管中对于泡滴的形态以及酒精与浓糖溶液间的界面难以观察清楚,因而设计了一套便于观察、拍照和分析的由两块玻璃板组成的窄缝且外侧带有保温夹套的实验设备(类似于Hele．Shaw盒)。在该设备中,对不互溶冷剂及可互溶冷剂在热浓糖溶液中汽化时形成泡滴的状态进行了比较,并分析了它们具有不同状态的原因。     

低液速载气蒸发传热与操作特性的研究

载气蒸发是利用在垂直加热管的底部引入一种惰气作为载气,使液体的蒸发在气液两相界面上进行的过程。为减少热敏性物料蒸发过程中物料的停留时间而开发的升膜单程直通式载气蒸发器,要达到足够的浓缩效果,必须在低液速条件下进行,因而对低液速载气蒸发传热和操作特性的研究成为一个急需解决的问题。今在减压条件下,于φ27mm3mm,加热长度为1350mm的垂直不锈钢管中进行了低液速载气蒸发传热和操作特性的研究,实验中获知在一定的操作温度下,对于入口表观液速ul=0.032~0.321m穝-1时,当采用较低的表观载气速时,蒸发传热膜系数随表观载气速的增加而增加,而且较对流沸腾有明显提高,加热壁面温度降低;但当表观载气速过大时,传热膜系数反而随着表观载气速的增加而减小。同时研究中对低液速载气蒸发的操作机理进行了进一步的分析。     

方肋微通道内流动沸腾的气泡动态与传热特性分析

为揭示方肋微通道热沉内流动沸腾的传热传质机理,本文基于耦合VOF方法与“饱和界面”相变模型对微通道内单个气泡绕流加热方肋的传热传质过程进行了数值研究。通过分析该过程中气泡增长速率与方肋壁面传热系数的变化,重点讨论了初始气泡体积和入口雷诺数Re对相变传热效率和流动结构的影响。结果表明：在气泡流经加热方肋过程中,气泡与方肋表面之间形成一层薄液膜,该薄液膜的相变蒸发极大强化方肋表面的换热效果,换热系数较相同条件下的单相流动提升6倍以上。此外液膜厚度随Re增大而变厚,液膜热阻相应增大,液膜蒸发对换热的促进作用随Re增大而降低。最后考察了气泡体积对方肋壁面换热的影响,结果表明：初始体积大的气泡具有更薄的液膜厚度及更大的蒸发面积,表现出更高的相变传热效率;而小气泡对壁面温度影响较小。     

CONVECTIVE HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS OF GAS IMPINGEMENT ON SMALL HEATED DEVICE IN LIQUID COOLANT BATH

Heat transfer characteristics of a small heated device have been investigated in a liquid bath with gas jetimpingement as function of gas flow rate,coolant temperature,liquid phsicochemical properties,heat flux,heat source size,ambient pressure and the distance between jet and heated wall.The experimental results show that the agitation of liquid caused by gas jet bubbles increases greatly therate of heat transfer,and the evaporation of coolant near the wall,which was due to the concentration differencebetween gas-liquid interface and bulk gas phase,gives additional enhancement of heat transfer.The rate ofevaporation related to the bubble growth was mathematically formulated.By using the simultaneous heat and mass transfer model,the convective heat transfer coefficient and masstransfer coefficient can be deduced from the experimental results.In addition,the local heat transfer coefficient and the distribution of evaporation heat flux on the smallheated surface are investigated mathematically and experimentally.     

池沸腾孤立气泡生长过程中微液层蒸发影响的实验和模拟耦合分析

微液层蒸发是沸腾过程中重要的换热机理。本文旨在通过单个气泡池沸腾实验中测得的气泡动态参数探究孤立气泡生长过程中加热表面的换热机理。首先通过沸腾池和加热表面的严格设计实现了单个气泡沸腾。进一步通过对孤立气泡生长时序图像的处理,得到了气泡在一个生长周期内气泡直径、纵横比以及气泡根部基圆半径的变化。对比发现,气泡生长速率与气泡根部基圆半径随时间的变化呈现显著正相关,而与大液层区域的变化相关程度较低,这表明微液层蒸发直接影响气泡体积变化,在孤立气泡沸腾过程中起主导作用。在此基础上进一步建立了加热表面换热过程的数值模型,基于实验中测得的气泡动态参数对气泡底层的微液层厚度进行了预测;通过多次迭代计算并匹配气泡生长速率和加热棒的温度发现,当表面过热度为4.82 K时,气泡底层微液层厚度约为3.43 μm,与相关文献中的微液层厚度测量值基本一致,进一步证实了微液层蒸发在孤立气泡沸腾换热过程中的重要性。本研究揭示了孤立气泡池沸腾过程中近壁面处的换热机制,为进一步的孤立气泡沸腾传热过程数值模拟奠定了理论基础。     

Modelling of direct-contact evaporation using a simultaneous heat and multicomponent mass-transfer model for superheated bubbles

A recently developed model for coupled heat and mass transfer in binary systems during the formation and ascension of superheated bubbles was extended to a multicomponent system comprising N volatile species. The model allows variable properties and bubble radius changes, assuming diffusive mass fluxes to be properly described by Fick's law. Experimental direct-contact evaporation tests were conducted with ethyl acetate aqueous solutions to provide data for assessing the developed model. In addition, the model was tested against available literature data for an air-stripper. In both cases, a good agreement between simulation and experimental results was verified.     

透明管内的喷射升膜蒸发

<正>在化工、食品和制药工业中经常遇到热敏性物料的浓缩问题。液膜式蒸发器属于一次通过式蒸发器,其停留时间足够短,可减压操作,适用于热敏性物料的浓缩。液膜式蒸发器分升膜、降膜和升降膜式,升膜和升降膜蒸发器的升膜部分的输送动力通常用料液泵。郭雪岩等为蒸发浓缩小处理量的热敏性物料而开发了一种新型蒸发器,其升膜的输送动力用蒸气喷射,尽管前人对绝热两相流和垂直管内的流动沸腾进行了大量的研究,对这种特殊的流动沸腾的研究仍是必要的。文献[2]对蒸气加热的恒壁温条件下的蒸气喷射升液的升膜蒸发进行了实验研究和理论分析。本文的喷射升膜蒸发实验研究是在透明的石英管内,在恒热通量下进行,在石英玻璃管外壁镀一层极薄的透明导电膜,这既可以电加热又不影响观察管内的流动现象。本研究包括对蒸气喷射升膜流动状态的观测和恒热通量条件下喷射蒸发传热的实验研究。     

Ni/Ag微纳结构强化顶部连通型微通道沸腾换热

微通道换热器较大的比表面积使其具有较高的热质传输效率,在化工、能源等领域具有广泛的应用前景。针对微通道流动沸腾换热强化,本文设计了一种具有Ni/Ag微纳复合结构表面的顶部连通型微通道换热器,该顶部连通型微通道由11条并联微通道组成,微通道的截面为400μm×400μm的正方形,并联通道上方连通空间的高度也为400μm;采用电刷镀技术在顶部连通型微通道表面制备了Ni/Ag微纳米复合结构,以无水乙醇为工质,开展了普通并联微通道（regular microchannel, RMC）、顶部连通型微通道（top-connected microchannel,TCMC）以及具有微纳复合结构表面的顶部连通型微通道（TCMC-Ni/Ag）内流动沸腾换热对比实验研究。结果表明：TCMC-Ni/Ag表面的最大局部换热系数达179.84kW/(m²·K),较RMC的最大局部换热系数提高了4.1倍。可视化研究发现,对于TCMC-Ni/Ag,强亲水性的微纳复合结构表面同时提高了核化密度和核化频率,中低热流条件下形成气相汇聚于顶部连通区域,微通道表面仍然产生大量气泡的流型结构,在高热流密度条件下,强亲水性微纳复合结构的毛细吸液作用使得通道内产生了薄液膜对流蒸发换热模式,是其换热性能大幅提高的主要机理。     

从超音速蒸汽喷嘴到过冷水直接接触冷凝的数值模拟(英文)

The phenomenon of direct-contact condensation,used in steam driven jet injectors,nuclear reactor emergency core cooling systems and direct-contact heat exchangers,was investigated computationally by introducing a thermal equilibrium model for direct-contact condensation of steam in subcooled water.The condensation model presented was a two resistance model which takes care of the heat transfer process on both sides of the interface and uses a variable steam bubble diameter.The injection of supersonic steam jet in subcooled water tank was simulated using the Euler-Euler multiphase flow model of Fluent 6.3 code with the condensation model incorporated. The findings of the computational fluid dynamics(CFD) simulations were compared with the published experimental data and fairly good agreement was observed between the two,thus validating the condensation model.The results of CFD simulations for dimensionless penetration length of steam plume varies from 2.73-7.33,while the condensation heat transfer coefficient varies from 0.75-0.917 MW·(m 2 ·K) -1 for water temperature in the range of 293-343 K.     

Theory of convective drop evaporation in direct contact with an immiscible liquid

Equations were derived for calculating the quasi-steady-state connective evaporation of a rising volatile drop in an immiscible liquid with bubble nucleation inside the drop. The solution of the energy equation was based on a potential flow model and concentric spheres configuration. The heat transfer rate was obtained in terms of superheat, degree of nonequilibrium, instantaneous diameters of the bubble and the drop, properties of the dispersed and continuous phase and the Peclet number. The solution compared well with available experimental results and other theories.     

垂直受热通道中气液两相流传热性能的研究

在垂直受热通道中气液两相流的传热是一种从单相流、泡状流、弹状流、搅拌流直至环状流的各种流型的气、液两相复杂传热。本文采用了特制的实验研究设备,以水及其蒸汽为介质,研究了各种流型的传热特性及其影响因素(进料质量流速、热通量以及干度等),探讨了成膜条件,并用J.C.Chen双机理传热模型计算、分析了在不同情况下各机理对传热所起的作用。