DMLS微型换热器内纳米粒子浓度对Al2O3/R141b流动沸腾压降的影响

为探究纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降影响,运用超声波振动法制备质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%均匀、稳定的Al₂O₃/R141b纳米流体制冷剂,在直接激光烧结（DMLS）微型换热器中,设计系统压力为176 kPa,纳米流体制冷剂入口温度为40℃,在热通量21.2~38.2 kW·m^-2和质量流率183.13~457.83 kg·m^-2·s^-1工况下,研究纳米粒子浓度对Al₂O₃/R141b纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降影响。研究结果表明：纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降有显著影响,气液两相压降随纳米流体制冷剂的纳米粒子浓度增加而减少,在纯制冷剂中R141b加入纳米粒子Al₂O₃,不同质量分数的纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降降低5.5%~32.6%;通过SEM和表面静态接触角测试方法,发现纳米流体制冷剂沸腾气液两相压降随质量分数增加而减少的原因是纳米颗粒沉积在通道表面,增加了微通道表面的润湿性;对比国际上3种比较经典流动沸腾两相压降模型,并基于Qu-Mudawar关联式和Zhang关联式进行修正,得出两相压降结果的85%数据点位于修正后的关联式模型值的±15%范围之内,同时实验结果与修正后的模型结果偏差MAE值为11.7%,说明修正后关联式能有效预测本工况下实验值。     

Nucleate pool boiling heat transfer of δ-Al2O3-R141b nanofluid on horizontal plate

对δ-Al₂O₃-R141b纳米流体在0.1 MPa系统压力下进行了池内沸腾传热性能测试。沸腾表面为2000^#砂纸打磨的光滑紫铜表面,沸腾热通量为30～130 kW·m^-2,纳米流体的体积浓度为0.1%、0.01%、0.001%。实验表明纳米流体强化了沸腾传热特性,且强化倍数随着纳米流体浓度的增加而增大。体积浓度为0.1%时,沸腾传热系数比基液增大了50.2%。分析认为表面颗粒沉积是强化换热的主要因素,而接触角的变化在此可以忽略。与Rohsenow关联式相比较,纯液体和较低浓度的纳米流体的实验数据与关联式吻合较好,相对误差最大不超过13%,高浓度时吻合较差关联式不再适用。     

CuO/R141b纳米制冷剂在管内的流动沸腾传热特性

实验研究了CuO/R141b纳米制冷剂在水平管内的流动沸腾传热特性。为了验证实验的可靠性,将纯HCFC141b流动沸腾传热的实验结果与陈民公式进行了比较,计算值与实验值绝对平均误差为7. 4%,达到实验精度要求。实验工况：质量流率为100～350 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～0.8,实验段为长1400 mm、内径10 mm、壁厚1 mm的紫铜管。分别研究了不同纳米颗粒质量分数、不同干度、不同流量的传热系数。结果表明：质量流率在120 kg·m^-2·s^-1下,CuO纳米颗粒质量分数为0.1%、0.2%和0.3%时,传热系数分别平均提高了7%、10.4%、16.6%。添加纳米颗粒,强化了管内流动沸腾换热,并且其强化程度与流量、干度和颗粒浓度有关。     

微细通道中R32流动沸腾换热的数值模拟

利用VOF多相流模型对R32在1、2 mm水平光管内流动沸腾换热进行了二维非稳态数值模拟。模拟的工况为：质量流速100 kg·m²·s^-1,热通量12 kW·m^-2,饱和温度15℃。模拟结果显示：2 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、弹状流;1 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、受限泡状流、弹状流。利用模拟所得气相体积分数分布、温度分布,分析了R32管内流动沸腾过程中的基本规律和气泡运动特点,以及管径对流动沸腾换热过程流型的影响。利用数值模拟结果与实验结果进行对比,显示较好的一致性。     

水平管内R245fa/R141b沸腾换热特性的实验研究

针对新型混合工质R245fa/R141b,开展水平光滑管(外径10 mm)内工质沸腾换热特性的实验研究,对比纯工质与混合工质的换热性能及4种常用关联式的预测精度。结果表明：纯工质与混合工质的沸腾传热系数均随质量流速和热通量的增加而增大,随饱和压力的增加而减小;随干度的增加,沸腾传热系数均先增大后减小,即存在“过渡干度”,且混合工质的过渡干度大于纯工质;干度小于0.55时,混合工质传热系数小于纯工质;干度大于0.55后,混合工质的传热系数更高;随R245fa质量分数的增加,混合工质的沸腾传热系数增大。在所选关联式中,Gungor-Winterton关联式能准确地预测工质在光滑管内的沸腾换热特性,平均相对误差为16.67%。     

动力型热管内R134a流动沸腾传热过程的特性

针对动力型热管内两相流沸腾过程复杂未知,实验复现性差的问题,搭建了动力型热管两相流沸腾传热实验装置,对水平管内R134a工质沸腾传热过程的沿程阻力特性及对流传热系数进行了实验研究,并将获得的实验数据与前人总结的压降、对流传热系数计算关联式进行对比分析。研究表明,Muller-Steinhagen-Heck压降关联式的积分值与实验结果吻合较好,误差在±10%以内;Mohseni关联式在干度大于0.1时所得对流传热系数与实验结果具有较好一致性,误差在±10%以内,但在干度小于0.1时存在较大偏差,部分误差已超30%,为此重新拟合了干度小于0.1时的对流传热系数关联式。该结果可为该类换热器的实验研究、数值模拟及优化设计提供有效的理论参考标准。     

羟基化多壁碳纳米管/R141b纳米流体核沸腾

向多壁碳纳米管引入羟基基团,改善了其在制冷剂R141b中的分散性和稳定性。同时研究了不同质量分数纳米流体热导率、表面颗粒沉积、接触角变化对核沸腾传热性能的影响。结果表明:羟基化碳纳米流体强化沸腾传热,强化率随质量分数的增加而增加,沸腾后期有所下降。在测试浓度范围内,质量分数为0.05%,热通量为87.4 kW·m^-2时,强化率达到最大168%。流体的热导率随着质量分数的增加而增大,质量分数为0.10%时其热导率是纯R141b的1.18倍。分析认为:纳米流体热导率的增加、表面沉积颗粒及纳米颗粒扰动是强化传热的主要影响因素,接触角变化的影响可忽略不计。结论由质量分数为0.03%纳米流体沸腾过程高速成像得到验证。     

纳米石墨冷冻机油对R600a流动沸腾换热的影响

搭建了纳米冷冻机油/制冷剂水平光管内流动沸腾换热测试实验台,研究了石墨/R600a纳米制冷剂在水平直光管内流动沸腾换热特性,分析了纳米石墨对含油制冷剂流动沸腾换热的影响。实验测试段为总长2.5 m、外径9.52 mm、内径8 mm、壁厚0.76 mm的紫铜管。在质量流速为150、200、250、300 kg·m^-2·s^-1下,分别测量纯R600a、含油R600a、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.2%)纳米石墨冷冻机油和R600a混合物在水平光滑圆管内流动沸腾传热系数随干度的变化趋势。实验结果表明:纳米石墨的添加增强了含油制冷剂的流动沸腾换热。实验获得了基于石墨的含油纳米制冷剂流动沸腾换热关联式,关联式的预测值与94.5%的实验数据偏差在±15%以内。     

CO2管内流动沸腾换热模型评价研究

CO₂由于良好的环境特性和优良的热力学特性,被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比,CO₂有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO₂管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析,对于深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO₂的管内流动沸腾换热模型进行对比分析,发现Fang（2013）关联式误差最低为10.6%,并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化,气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图,可为深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。     

Analysis of flow pattern and heat transfer in direct contact condensation

In direct contact condensation (DCC) phenomenon, whenever steam (vapor) is injected with very high velocity in sub-cooled water, the momentum and the energy of the steam is transferred to the surrounding liquid, leading to generation of flow pattern, turbulent in nature. The turbulent flow pattern enhances the heat transfer coefficient at the interface of steam jet and water (vapor-liquid interface) as well as at the immersed surfaces (solid-liquid interface). The flow and the temperature pattern in DCC system have been measured using hot film anemometer (HFA). The values of heat transfer coefficient at the vapor-liquid and solid-liquid interface were estimated using the CCA module of the HFA. The nozzle diameter (d₀) was varied in the range of 1-2 mm and the nozzle upstream pressure in the range of 0.3-0.35 MPa (corresponding velocities in the nozzle were 286-304 m/s). The time series of velocity and temperature at the interface were analyzed to get the rates of surface renewal. A comparison has been presented between the predicted and the experimental values of heat transfer coefficient.     

单弓折流板管壳式换热器壳程局部传热及流阻研究

对半圆形单弓折流板管壳式换热器壳侧局部传热性能、局部流速及阻力进行了实验研究,测量结果表明,其壳侧局部传热膜系数的变化规律与相应点速率变化规律相一致。所取24个测量位置点分布较为合理,基本上反映了换热器局部相应换热及流场分布规律。同时归纳出换热器壳侧的平均努塞尔准数Nu与雷诺准数Re的关联式及流动阻力系数f与雷诺准数Re的关联式,为换热器的实际运用提供了参考依据。     

铝基Al2O3纳米多孔表面大容积池沸腾实验

目前微电子器件不断地向高密度、微型化、功能化方向发展,散热问题是制约技术进一步发展的瓶颈.本文拟利用纳米多孔表面优良的相变传热特性,解决电子器件微型化散热难的问题.文中以铝基Al₂O₃纳米多孔薄膜为传热表面,以去离子水为工质,常压下对其大容积池沸腾下的传热性能进行了实验研究.实验结果表明:与光滑表面相比,Al₂O₃纳米多孔表面在核态沸腾时汽化核心密集,产生汽泡体积小、数量多并能提高铝基传热表面的传热系数2～5倍,且能够在长时间内维持其较高的传热系数;以纳米多孔表面作为传热表面,可以有效降低微电子原件表面温度3～5℃,在核态沸腾阶段能够降低30℃以上,很好地起到了降低电子元件表面温度的作用.实验结果对微电子冷却有重要的参考作用.     

CuO-水纳米流体多孔球层池沸腾传热特性

对CuO-水纳米流体在6mm多孔球层内进行池沸腾实验研究。实验使用了40nm的CuO纳米颗粒,加以不同浓度的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为表面活性剂,配成多种不同配比关系的纳米流体。实验结果表明,当表面活性剂浓度与纳米颗粒浓度在0.01%~0.03%（质量分数,下同）之间变化时,两者浓度相近的纳米流体稳定性较好,沸腾传热效果高。其中表面活性剂浓度略高于CuO浓度时,传热效果较好,在SDBS浓度为0.03%、CuO浓度为0.02%时达到最大,为41670W/(m²·K);而纳米颗粒浓度增大时,根据其对纳米流体的稳定性和沉降效应的影响,在不同程度上可增强或削弱沸腾传热。同时对纳米流体的池沸腾进行可视化研究,利用气泡脱离特性对实验结果作了诠释。所得结果可为纳米流体在多孔球层的池沸腾传热特性研究提供有益的研究数据。     

层流冷却传热系数对金属物料温度场的影响

层流冷却的冷却强度决定着金属物料微观组织结构,从而影响产品的性能,而传热系数直接影响着冷却强度的大小。本工作提出了一种获得层流冷却传热系数的方法,通过工艺分析得到其分布形式为以喷头为中心由半波正弦和直线构成的分段函数,给出了通过结构参数、运行参数和实验数据获得函数特征参数的方法。以实验台验证了该方法的准确性,同时分析了特征参数变化对金属物料温度场的影响规律。结果表明,振幅增加1 W/(m2?K),金属物料表面温度相对下降量在最后一个区域达到最大值,为?0.36 m2?K2/W,断面温差最大相对变化量为0.07 m2?K2/W;周期减小1 s,金属物料表面温度相对增加量在最后一个区域达到最大值,为13.24 K/s,断面温差呈现周期性变化,变化范围为?2.5~0 K/s。     

Effect of sintering on the catalytic functionalities of MOS2/Al2O3 catalysts

Effect of sintering on physico-chemical and catalytic properties of Mo, Co-Mo, Ni-Mosupported on -Al₂O₃ is reported. Such effects on hydrodesulfurization (HDS), hydrogenation (HYD) and hydrodeoxygenation (HDO) are investigated as a function of sintering temperature. The results indicated that HDS and HYD have different optimum calcination temperatures and these functionalities originate from different sites. The results are discussed in the light of molybdenum sulfide dispersion, promotional effects and phase transformations of active component, promoters and support.     

BN对Al2O3-MgO系浇注料性能的影响

研究了分别添加0,1%,1.5%,3%的氮化硼的Al2O3-MgO浇注料分别在空气和埋炭气氛下于1600℃保温3 h烧成后的物理性能和抗渣性能,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的物相变化和显微结构进行了分析和观察.研究结果表明(1)在空气中1600℃烧成时,BN氧化生成B2O3并放出N2,B2O3与Al2O3反应生成一定量的过渡液相,促进了浇注料烧结,使浇注料线收缩增大,体积密度升高,显气孔率下降,抗折强度明显提高;而当BN加入量超过1%时,其氧化后形成大量的气孔,阻碍了浇注料的致密化过程,影响了浇注料的上述物理性能.(2)在埋炭条件下烧成时,浇注料中BN不易被氧化,它的存在使浇注料难于烧结,同时,浇注料中引入的镁砂和铝酸钙水泥与氧化铝反应伴随着一定体积膨胀,使浇注料体积密度下降,显气孔率增加,抗折强度下降.(3)在空气和埋炭条件下的抗渣试验发现,当在浇注料中加入1%BN时,其抗转炉终渣侵蚀性能均有较大的提高.但两种试验条件下浇注料抗渣作用机理不同在空气中,BN氧化后形成的过渡液相吸收了生成镁铝尖晶石等反应所伴随的体积膨胀,促进了浇注料烧结,抑制了渣的渗透和侵蚀;而埋炭条件下,浇注料基质中的氮化硼难以被氧化物熔渣润湿,阻碍了渣的渗透和侵蚀,因而使浇注料具有优良的抗渣侵蚀性和渗透性.     

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。     

Effects of Al2O3 addition on sintering behaviour,microstructure, and physical properties of Al2O3/vitrified bond CBN composite

The effects of Al₂O₃ content on the sintering behaviour, microstructure, and physical properties of Al₂O₃/vitrified bonds (SiO₂–Al₂O₃–B₂O₃–BaO–Na₂O–Li₂O–ZnO–MgO) and Al₂O₃/vitrified bond cubic boron nitride (CBN) composites were systematically investigated using X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, dilatometry, scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. Various amounts of Al₂O₃ promoted the formation of BaAl₂Si₂O₈ and γ-LiAlSi₂O₆, increasing the relative crystallinity of the Al₂O₃/vitrified composite from 85.0 to 93.2%, resulting in residual compressive stress on BaAl₂Si₂O₈, thereby influencing the thermal behaviour and mechanical properties of the Al₂O₃/vitrified composite. The bulk density, porosity, flexural strength, hardness, and thermal conductivity of 57.5 wt% Al₂O₃ sintered at 950 °C were 3.12 g/cm³, 6.1%, 169 MPa, 90.5 HRC, and 4.17 W/(m·K), respectively. The coefficient of thermal expansion of the bonding material was 3.83 × 10^?6 °C^?1, which was comparable to that of CBN, and the number of N–Al bonds were increased, which boosted the flexural strength of the Al₂O₃/vitrified CBN composite to 81 MPa. The excellent mechanical properties, compact structure, and suitable interfacial bonding state with the CBN grains of the Al₂O₃/vitrified composite make it a promising high-performance bonding material for superhard abrasive tools.     

Effect of Al addition on the synthesis of Ti3SiC2 bulk material by pulse discharge sintering process

Ti₃SiC₂ bulk materials were synthesized from the starting powders of 1Ti/1Si/2TiC–xAl and 3Ti/1SiC/1C–xAl (molar ratios, x ranges from 0.05 to 0.15) at temperatures between 1100 and 1400 °C for 15 min by pulse discharge sintering technique. X-ray diffraction and scanning electron microscopy were used to characterize the synthesized materials. It was found that the addition of Al decreases the content of TiC in the sintered samples and expands the optimal temperature range for the synthesis of Ti₃SiC₂ bulk materials. By addition of Al, Ti₃SiC₂ bulk materials of high phase-purity have been synthesized at 1100 and 1200 °C from 1Ti/1Si/2TiC and 3Ti/1SiC/1C starting powders, respectively.     

Al_2O_3-H_2O两相流流体强化换热性能研究

将固体颗粒加入到传统换热介质中形成的固-液两相流流体是一种新型的强化换热介质。设计小型卧式直管加热炉试验装置,用粒径为60 nm,150 nm,55μm质量分数为1%的Al2O3-H2O两相流流体做换热试验,在流量为7,8,9 L/min和炉温为80,100,120,140℃情况下使用计算机对加热直管内、外壁温度和进、出口流体温度数据进行采集和分析。研究发现:固-液两相流流体强化对流传热的效果与颗粒的粒径、流体的流速和加热炉炉温有关。