表面润湿性影响池沸腾传热的研究进展

沸腾传热主要受汽泡产生、成长和脱离的控制,而这些汽泡行为与表面润湿性密切相关,通过改变加热面的润湿性,可在一定程度上调节汽泡在加热面上的发展过程,从而影响沸腾传热。介绍了不同润湿性表面及其对沸腾传热的强化机理和气泡动力学,综述了近年来通过表面润湿改性影响沸腾传热的研究进展,并指明表面润湿性与多尺度结构相结合的沸腾传热的研究新动向,为未来利用润湿性强化沸腾传热提供了一个较为清晰、全面的理论基础。     

竖直矩形细通道内水沸腾换热的数值模拟

对宽度为1和O.1 mm竖直矩形细通道内的沸腾换热展开研究,通过数值模拟的方法探索汽泡生成、长大和脱离的过程;用几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响,计算中考虑了重力、表面张力和壁面黏性的作用.发现:通道宽度的不同对汽泡生长方式和汽泡形态产生很大影响,并由此导致临界热流密度...     

矩形通道干涸后膜态沸腾传热试验研究

在流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸后膜态沸腾的传热试验,研究了各种热工水力参数对膜态沸腾传热的影响特性.结果表明:干涸后膜态沸腾是一个相对稳定的传热过程,其壁面温度不会出现明显的脉动;随着进口含汽率的增加,膜态沸腾热流密度减小,壁面温度升高,传热系数减小;随着质量流速的增大或系统压力的升高,膜态沸腾热流密度增大,壁面温度降低,传热系数增大.     

波动加热下微通道流动沸腾的格子Boltzmann模拟

为研究通道内的流型演变,采用单组分多相格子玻尔兹曼模型模拟波动加热下二维微通道内的流动沸腾。通过速度分析解与半经验公式分别验证模型流场和温度场的准确性。探究雷诺数(4.5≤Re≤9.0)和温度分布(0.01≤A≤0.03)对传热和流型的影响,分析薄液膜和温度梯度的作用机制,揭示微通道流动沸腾的传热机理。模拟结果表明通道内流型将从泡状流、塞状流,变成拉长气泡流、环状流。雷诺数减小时,气液相变速率加快、薄液膜厚度减小,进而增强换热。随着雷诺数减小,加热壁面上热流密度的峰值点向上游转移。马兰戈尼对流(Marangoni convection)的出现导致薄液膜厚度增加,从而换热效果随着温度分布波动性的增大而受到削弱。     

超声波对池沸腾换热的影响

本实验针对池沸腾传热,以去离子水为工质,在不同过冷度、超声功率和辐射距离条件下,研究了超声波对池沸腾换热的影响,揭示了池沸腾系统中声空化和声流效应的作用机理;在旺盛沸腾区,由于沸腾系统本身汽泡核化所产生的气液界面削弱了到达加热面的超声能量,使得声空化效应减弱;同时,核化汽泡的生长和脱离所引起的对流效应远大于超声波声流引起的宏观对流效应,使得超声波在旺盛沸腾区的强化传热作用并不显著。     

竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性,优化换热器性能,以去离子水为工质,对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究,分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上,对实验数据进行非线性回归分析,得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用,对核态沸腾段换热特性有削弱作用;热流密度对核态沸腾影响剧烈,但对流动沸腾的影响不明显;入口温度越高,流体会越早进入过冷沸腾阶段,但对局部传热系数的影响不明显;新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%,其中74.19%的预测值在±25%内,83.87%的预测值在±50%以内,能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。     

基于LBM方法的超亲水/疏水组合表面的沸腾冷凝特性研究

基于单组分多相流格子Boltzmann方法结合精确差分法建立了汽液相变模型,运用伪势模型以及双分布函数,结合所提出的沸腾冷凝相变模型,对微小空间内超亲水和超疏水组合表面下汽液共存沸腾时两个汽泡合并、生长、离开水平面以及蒸汽冷凝凝结成两个液滴融合、脱落的过程进行了研究。着重分析了重力加速度对汽泡脱离直径和汽泡脱离时间的影响以及流固作用强度对接触角的影响,最后拟合出了对应关系,并对汽泡和液滴运动过程进行了分析。研究发现与现有已发表的对应关系和公开实验结果基本吻合,并得出结论：随着重力加速度的增大,汽泡脱离直径和汽泡脱离时间均呈现出减小的趋势;接触角随着流固作用强度的增大呈现出减小的趋势;沸腾过程受热产生的蒸汽在模型内部在平衡移动原理作用下向着冷源移动,冷源液化消耗近似等量蒸汽产生水滴逐渐成长落入水中,实现了系统内热力平衡和循环过程。     

薄层多孔层内池沸腾时回液特性

多孔介质可以强化相变传热,被广泛应用到电子器件散热中。热管依靠毛细芯孔隙内沸腾和凝结形成热质快速迁移的驱动,实现高密度和高效传热。薄层多孔层内沸腾时液体回流特性研究对提高热管传热效率、热流密度及寿命意义重大。通过不同多孔介质在不同液位下的池沸腾实验,获得了薄层多孔表面在较高热流密度下沸腾时的气泡特性和沸腾曲线,并结合毛细理论分析多孔表面的回液特性。实验结果表明,高热流密度下毛细回流占主导作用,较小的有效毛细半径和较大的渗透率有利于液体回流。     

多壁碳纳米管纳米流体的大容积沸腾

通过在直径为12 mm的沸腾表面进行的多壁碳纳米管阿拉伯树胶水溶液的大容积沸腾实验,研究其沸腾传热特性。纳米流体的沸腾传热效果弱于阿拉伯树胶水溶液,烧毁点的过热度增加而临界热流密度减小,同时,阿拉伯树胶水溶液的传热效果劣于水。纳米颗粒在沸腾加热表面富集、结垢引起液体密度、沸腾表面上活化核心数目的变化,随传热时间的延长,垢层结构包括毛细孔直径、空隙率、垢层厚度不断发生变化,进而引起蒸汽在毛细孔中的流动阻力不断增加、加热表面和垢层间热阻增加,沸腾表面的活化核心数目减小,阿拉伯树胶在蒸发表面的局部富集、黏度大大增加,最终导致沸腾传热恶化。     

竖直矩形窄缝两相同向分相流动沸腾传热模型

首次对竖直矩形窄缝内的汽液分相流动区提出一维两相同向分相流动沸腾传热模型 ,并进行了数值计算 ,得到不同质量流速下液膜厚度变化和沸腾传热系数等结果。沸腾传热系数的模型预测值初步与已有实验关联式进行了比较 ,两者基本吻合 ,偏差在± 1 4% ;从而证实了液膜导热是竖直矩形窄缝内汽液分相流动区沸腾传热的主导机理。     

梯度孔密度金属泡沫的池沸腾传热性能研究

实验研究了梯度孔密度通孔金属泡沫的池沸腾传热性能。工质为去离子水,梯度孔密度金属泡沫材质为铜和镍, 孔隙率为0.98,泡沫厚度为4-14 mm。实验结果表明：相比于单层泡沫,梯度孔密度金属泡沫显著的增强了沸腾传热能力,但增强程度受孔密度变化梯度、泡沫厚度和材料的影响;梯度孔密度泡沫的池沸腾传热性能随着表面活性剂SDS浓度的增大而减小,而且SDS降低了梯度孔密度金属泡沫的临界热流密度; 添加Al2O3纳米颗粒严重的削弱了梯度孔密度铜泡沫的池沸腾传热能力。     

骨架发热多孔介质通道内单相流阻力与换热特性数值模拟

以Fluent 6.3为平台,采用局部非热平衡模型,对紊流及紊流过渡区范围内骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值模拟。采用三维N-S方程及标准k-ε湍流模型描述多孔介质内的流动,详细研究了孔隙有效雷诺数Re(400Re2000),表面热流密度q(q=5、30和90 kW/m2)和冷却剂入口温度Tin(Tin=20、50和80℃)的变化对多孔介质流道内流动阻力及换热特性的影响。结果表明:低热流密度下,表面热流密度的变化对流动阻力和换热系数的影响很小;小球直径对换热系数的影响显著,且随着雷诺数的增加而增加;换热系数随冷却剂入口温度的增加而减小。     

扰流肋柱在流动方向排列密度对矩形通道表面传热影响的数值研究

运用数值计算的方法将流动方向扰流圆柱排列密度对涡轮叶片尾缘冷却通道中流动传热的影响进行了三维数值研究。研究了流动雷诺数、流动方向圆柱排列密度对肋柱扰流矩形通道表面传热影响的规律。计算结果表明:在研究范围内,肋柱表面的平均Nu均随着Re的增大而增大。在Re相同的情况下,随X/D取值的增大,肋柱表面平均Nu有所减小。Nu在通道进口附近逐渐增加,然后达到充分发展值。传热在迎向流动方向的圆柱侧较强,在流动向背侧表面传热较弱。沿圆柱高度方向在中部传热较强。     

竖直圆管内R113的降膜换热特性数值模拟

为开发适用于低温热源的高效降膜蒸发换热装置,本研究采用FLUENT软件对低沸点有机工质氟利昂(R113)在竖直管内汽液两相逆流降膜蒸发进行模拟研究。汽液界面捕捉选用VOF模型,并通过udf编程模拟汽液两相蒸发传热,研究了喷淋密度、热流密度及入口温度对R113降膜蒸发换热的影响。结果表明:在一定结构参数下,存在降膜换热最佳喷淋密度;在一定喷淋密度下,热流密度对降膜换热影响显著,且热流密度越高换热效果越好;随着入口温度升高,降膜换热效果削弱,且高于某温度后其对降膜换热几乎没有影响。     

水平方管底面加热熔盐混合对流模拟研究

利用数值模拟方法研究熔融盐在底面加热水平方管内的混合对流传热过程,分析熔融盐混合对流的流动和传热特性等。得到了沿流动方向各横截面处的温度、速度分布图及流线图,并对传热特性以及Nu数的变化规律进行探讨。结果表明,在高热流密度情况下非均匀加热壁面时,浮升力效应使主流核心区的形状随流动距离的增加而发生变化;在通道横截面上形成对称的二次涡流;局部Nux数在相同热流密度下随Re数的增加而增大;在Re数相同数时Nux数会随着Ri数的增加而增加;数值模拟点与湍流混合对流传热关联式的吻合度较高,其偏差在±15%以内。     

水平微细管道内R717沸腾换热特性研究

搭建了氨(R717)沸腾换热测试台,对内径3 mm水平光管内R717的沸腾换热特性进行了测试,分析热流密度、干度、饱和温度及质量流率对沸腾换热及换热方式的影响。实验热流密度15～40 kW/m~2,质量流率40～160 kg/(m~2·s),饱和温度-5、0和5℃,干度0.1～0.9。结果表明:在氨制冷剂管内沸腾换热的过程中,质量流率过低和热流密度过高会导致干涸传热恶化,换热形式由核态沸腾换热向气态氨制冷剂强制对流换热转变,同时也影响干涸的起始干度;在干涸发生前,沸腾换热系数随着干度的增加而增大,逐渐达到峰值;在干涸发生后,传热恶化导致换热系数急剧降低;饱和温度升高会加快核态沸腾气泡生成速率,强化沸腾换热,但干涸的起始干度随着饱和温度升高而降低。     

水平螺旋槽管壁面二元混合液体升膜形成的试验研究

对二元液体混合物在蒸发状态下水平螺旋槽管管外壁面形成升膜进行了试验研究．实测了水平螺旋槽管壁面二元混合液体升膜的速度场和表面温度场,分析了水平螺旋槽管壁面热流密度和流体性质对壁面液膜特性的影响。结果表明：同一升膜工质,螺旋槽管的热流密度越大．液膜的爬升速度越大;流体性质对升膜的流动特性和温度分布特性有显著的影响,酒精溶液的浓度越高．液膜的流动性越好,表面总体温度越低,换热系数越小。     

内表面烧结型多孔管的流动沸腾换热

采用流动沸腾传热试验平台,研究了2 m长铁基烧结型内表面多孔管竖直管内流动沸腾传热特性,利用流动沸腾传热学基本原理及公式计算了传热过程中的热通量、沸腾传热系数及相关参数,并考察了过热度和流速对多孔管流动沸腾传热性能的影响.结果表明:烧结型表面多孔管的流动沸腾传热能力优于同条件下的光滑管,内表面沸腾传热系数是同尺寸光滑管...     

高低热导率相间表面强化饱和池沸腾的格子玻尔兹曼模拟

采用格子玻尔兹曼方法模拟高低热导率相间表面的饱和池沸腾过程,研究不同表面高低热导率区域热导率比值、低热导率区域宽度和深度对沸腾换热性能的影响。对比均匀热导率表面与高低热导率相间表面的沸腾曲线发现：高低热导率相间表面的沸腾过程可被分为5个阶段,并且其临界热流密度最高可达均匀表面的12倍;高低热导率相间可促使表面维持一定的温度差异,从而保持明显的气液流动;随着低热导率区域宽度增大,气液分离更加明显,低热导率区域宽度存在一个最优值,其与毛细长度的量级接近;随着低热导率区域的深度增大,表面过热度的差异更加明显。     

功能表面降膜蒸发传热特性的实验研究

研究了处理表面镀铬铝管、PTFE铜管和纯铝氧化管水平管降膜蒸发传热，研究了喷淋密度、热流密度、管内蒸汽速度和管表面处理对降膜蒸发传热特性的影响。实验结果表明：在表面蒸发区，水平管降膜蒸发传热系数随热流密度的增加而提高，随喷淋密度增大先降低后升高，冷凝例传热系数基本保持不变。总传热系数对操作条件变化很不明显，表面阳极氧化膜使传热系数略有下降，但由于其优良的抗垢时蚀性能，非常有必要再进行深入地研究。