R1233zd(E)在平行小通道中的流动沸腾可视化研究

本文对低压制冷剂R1233zd(E)在平行小通道内的流动沸腾换热过程进行了可视化实验研究，分析了制冷剂在平行通道内流型的演变与分布，在此基础上讨论了流型对换热特性的影响。结果表明：随热流密度的增加，在通道内观察到泡状流、段塞流、搅拌流和波形环状流；在较高的热流密度下，部分通道出现回流现象。此外，不同通道内流型的分布规律略有不同；通道中局部表面传热系数变化趋势随流型的演变可分为不同阶段，中部与出口处的局部表面传热系数呈现不同的变化趋势；当干度小于0.1时，表面传热系数几乎不受质量通量的影响；随着干度增加，表面传热系数与质量通量呈正相关。     

低流量下阵列式微通道对流沸腾特性实验研究

设计了阵列式微通道热沉结构,进行了并R134a的沸腾流动换热实验。结果证明,在低干度区域由泡状流/弹状流/半环状流主导,主导换热机理为对流沸腾和蒸发,热交换系数随热流密度显著增加,随质量流量增大而略有增加。在高干度区域搅拌流/束状流主导沸腾流动,对流蒸发为主导换热机理,换热系数随流量增大而增大。该结构可以在低流量下提前紊流转捩;有效抑制压力波动,减小进出口压力差。实验观察发现搅拌流/束状流型,气液界面波失稳导致液膜破碎和卷携。液滴沉积会润湿局部蒸干壁面。当热流持续增大,液膜破碎并大量被卷携入气核后,壁面附着气膜且无法被润湿,形成反束状流型时,触发CHF。     

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。     

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。     

R290在水平微细圆管内沸腾换热特性研究

本文研究了R290在内径为1 mm、2 mm和4 mm水平微细圆管内的沸腾流动换热特性,在饱和温度为15℃条件下,质量流速为50～600 kg/(m²·s)、干度为0～1、热流密度为5～20 k W/m²时,对沸腾传热系数的影响进行了分析。通过实验发现,增大质量流速对传热系数具有增强作用,质量流速对传热系数的影响在低干度区域比高干度区域小。在热流密度方面,传热系数随着热流密度的增大而增大,且在1 mm和2 mm管内观察到了临界干度对传热系数的影响,这时传热系数有断崖式下降的趋势。在管径对于传热系数的影响方面,通过对不同管径换热特性的横向对比,发现在一定工况下传热系数随着管径的减小有所上升。此外本文还对R290已有的部分关联式进行了适配性验证。     

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。     

R32在水平管内流动沸腾换热特性的试验研究

对R32在水平光滑管和微肋管(外径均为7mm)内的沸腾换热特性展开试验研究,测试的制冷剂质量流速为100~250 kg/(m~2·s),饱和蒸发温度为7~11℃,热流密度为3~8 kW/m~2,测试管内制冷工质平均干度值为0~0.7。试验结果表明:热流密度是影响R32沸腾换热系数的主导因素之一,质量流速的增大、饱和蒸发温度的升高、热流密度的增大均有利于提高R32的沸腾换热系数;微肋管有强化传热的效果,其平均沸腾换热系数比光管增大11.8%~33.2%;干度对R32沸腾换热系数的影响比较复杂,R32的沸腾换热系数随干度的增加先增大后减小,这是由于出现了干涸值,本文试验测得的干涸值范围为0.41~0.57,制冷剂质量流速的降低和热流密度的增大均有利于干涸值的增大。     

润湿异质性表面的过冷流动沸腾实验研究

非均匀润湿表面对流动沸腾过程中的流动模式和传热机制有重要影响。本文以去离子水为工质，实验研究了矩形微通道内硅表面和润湿异质性表面的过冷流动沸腾换热特性。通道横截面为0.5 mm×5 mm,过冷流动沸腾的质量通量分别为300、400 kg/(m²·s),热流密度在30～300 kW/m²的范围内。实验在大气压下进行，过冷度为10 K。对比了与流动方向垂直(HC)和平行(HP)的疏水图案，讨论了不同热流密度、质量通量等工况下的硅表面和润湿异质性表面垂直向上流动沸腾，分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均传热系数和两相流流型。结果表明：润湿异质性表面的流动沸腾换热表面传热系数最大提高了39.55%,换热机制主要为核态沸腾。     

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。     

微圆管内R1234ze(E)流动沸腾的环状流特性模拟研究

本文建立了制冷剂R1234ze(E)在微圆管内流动沸腾过程中的环状流模型,对传热和气液两相流动压降进行了模拟研究。综合考虑重力、表面张力及气液界面剪切力的影响,模拟分析了周向液膜不均匀分布特性及该特性对流动与换热的影响,经验证,计算结果与已有实验结果吻合较好。本文还研究了不同因素对环状流区域表面传热系数与压降的影响。模拟结果表明:在流动起始区域,截面液膜厚度的分布受重力作用影响,随着流动沸腾过程的进行,该影响作用开始减弱,且有重力作用时的环状流平均表面传热系数高于无重力作用时的环状流平均表面传热系数,随着重力加速度的增加,环状流的平均表面传热系数不断增大;随着质量流速的增大,表面传热系数与压降均随之增大;随着管径增大,表面传热系数与压降均随之减小。     

CMC液体垂直向下流动沸腾流型实验

采用透明导电玻璃管，进行了流动沸腾流型实验研究。观察到一种新的流型：闪蒸沸腾。建立了流型判别式。     

Investigation of forced flow boiling of nitrogen in a long vertical tube

The results of experimental investigations of nitrogen boiling in a vertical tube 1850 mm long id 10 mm, are presented. It has been established that compared with pool boiling, heat flux and pressure effects are somewhat less pronounced and the boiling curve hysteresis phenomenon is missing. The transition from the subcooled boiling region to saturated boiling is shown not to be accompanied by a change of heat transfer intensity. Experimental data obtained over the entire range of parameters (p = 1.8–7.0 bar, G = 170–750 kg m^?2 s^?1, q = 10 200-42 720 W m^?2) are correlated by an equation.     

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。     

Heat transfer intensity at forced flow boiling of cryogenic liquids in tubes

A generalized correlation for heat transfer with forced flow boiling of cryogenic liquids (nitrogen, hydrogen and neon) in tubes is presented. The correlation describes, with a ± 35% accuracy, all known experimental data for vertical and horizontal channels (without stratified regimes) in the pressure range 0.9 – 22 bar, mass flow rates from 20 to 2200 kg m^?2 S^?1, and heat fluxes from 400 to 210 000 W m^?2. The boundary line between channels of a large and a small diameter has been established; a simple method of taking into account the higher heat transfer intensity in capillaries has been suggested.     

一些通用流动沸腾预估关联式在几种单质上的适用性

流动沸腾传热是一种重要的传热方式,针对大量的工质,人们已经提出了许多适用于流动沸腾的预估关联式。但是这些关联式大都是经验的或半经验关联式,当使用的工质或工况发生变化时,其计算的准确性会发生很大的变化。为了了解流动沸腾预估关联式的工质适用性问题,选择了8种常见流动沸腾预估关联式,并将它们的预估结果与R134a、二氧化碳和液氮的实验值进行比较。结果显示Lazarck(1982)和Kew and Cornwell(1997)关联式在预估这3种工质时都表现出较高的预估准确性,Gungor and Winterton(1987)更适合计算二氧化碳,Liu and Winterton(1991)关联式在计算R134a时更准确,它们都表现出一定的工质适用性问题。而其他关联式的计算准确度都偏低,还需要进一步研究。而且这8种预估关联式式都不适合用于液氮的准确计算。     

制冷剂-润滑油互溶混合物系流动沸腾特性测试装置的研制

在对已有相关测试装置设计技术的利弊分析基础上,提出了一种测试制冷剂-润滑油互溶混合流体管内流动沸腾特性的装置,其特征是通过与制冷剂流动沸腾换热测量回路并联接入一开式的润滑油回路,从而实现灵活控制和调节实验段内润滑油量的目的.通过在压缩机出口串连接入3个油分离器进行三级油分,从而实现压缩机出口的润滑油零排放.该装置具有连续在线注油、达到稳态时间短、操作灵活、控制简单等优点.     

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.     

微细通道纳米制冷剂压降波动特性研究

为探究热流密度、质量通量和入口过冷度对微细通道流动沸腾压降波动特性的影响,以质量分数为0.8%的纳米制冷剂Al_2O_3-R141b及纯制冷剂R141b为工质在水力直径为1.33 mm的矩形微细通道内进行了流动沸腾实验。结果表明:热流密度从18.2 k W/m2增加到25.4 k W/m~2时,工质进出口压降波动更为剧烈;较大质量通量和较高入口过冷度一定程度上可以使压降波动更平缓;与纯制冷剂相比,质量分数为0.8%的纳米制冷剂Al_2O_3-R141b的压降波动较为平缓,其压降标准差最大降低了18%。     

矩形微通道内制冷剂流动沸腾传热特性及可视化研究

为了探究微通道内流动沸腾及传热现象的机理,以制冷剂R22为工质在矩形微通道内进行了流动沸腾及可视化实验。结果表明,在核态沸腾下传热系数受质量流率的影响较小,却随着热流密度的增加而快速增加;微通道的尺寸越小,传热效果越好,水力直径为0.92 mm和1.33 mm微通道内的传热系数比2 mm微通道内的传热系数分别提高约25%、12%;根据实验值与预测值的对比情况,在Oh H K等[15]和Yun R等[7]模型基础上拟合得到新的传热系数预测关联式,平均绝对误差降至8.8%;通过可视化实验发现,在临界热流密度下微通道内出现波浪式气体层的现象。