纳米结构表面液体沸腾传热的分子动力学模拟

为了从纳米尺度了解表面结构和润湿性对池沸腾液体与固体壁面的传热性能,本文采用分子动力学方法研究了超亲水至超疏水不同润湿性的液体氩在光滑表面和含凹、凸半球纳米结构表面的沸腾传热过程,分析了三种表面上液氩在受热过程的形态、温度、热流密度等相关参数的变化情况。结果表明,液氩层沸腾过程大致可分为液氩层吸附于固体表面和液氩层从壁面脱离两个加热阶段,当液氩层吸附于固体表面时,温度升高、热流密度及气态氩原子产生速度均大于液氩层脱离壁面时的情况,在这两个阶段亲水表面上氩原子温度变化有明显的拐点,而疏水表面在两个阶段加热过程相差不大。亲水表面上的微结构能吸附更多液氩原子,促进了气泡产生及加速温度、热流密度的变化,而在疏水及超疏水微结构表面,微纳结构与液氩间的气膜层促进了气泡产生,计算结果为池沸腾传热及微结构选择提供了理论依据。     

三相流沸腾传热

对三相流沸腾传热进行了理论分析和实验研究，研究了三相流沸腾传热特性，提出了三相流沸腾传热系数的计算方法，实验结果表明，由于固体粒子的存在，强化了沸腾传热，三相流沸腾传热系数是相同条件下汽－液两相流沸腾传热系数的两倍。固体粒子的存在，能有效地防止和清除传热壁面上的污垢。     

表面活性剂对水过冷池沸腾特性影响实验研究

以Tween20、Span20及两者复配物为表面活性剂,实验研究了其对水过冷池沸腾传热特性影响。基于实验结果与表面张力、接触角、临界胶束浓度等基础物性分析发现,单一表面活性剂对沸腾传热的影响由其添加种类、浓度及热通量共同决定。一方面,不同于饱和沸腾情形,过冷状态下Tween20能够有效降低沸腾起始点温度与壁面过热度,但其沸腾强化效果在高热通量下减弱;另一方面,Span20只在低浓度下表现出强化效果,其浓度增大将引起壁面过热度大幅攀升。此外,尽管Tween20与Span20都具有强化沸腾传热的潜力,但两者复配表面活性剂在实验研究浓度范围内均恶化了沸腾传热过程。研究结果可为传热强化复合工质过冷池沸腾传热特性分析提供基础依据,并为其配制提供指导。     

三相循环流化床中沸腾传热特性

提出了一种新型蒸发沸腾传热方式,即汽液固三相循环流化床沸腾传热。实验表明:该传热方式具有强化传热和防、除垢效果;其传热系数比汽液两相流沸腾传热膜系数高1.5～2.0倍,并能长期保持传热壁面的洁净。实验中研究了不同种类的固体粒子(玻璃球、陶瓷球、钛粒和钢球)、粒子体积分率、液相流速以及加热蒸汽压力等因素对循环流化床沸腾传热的影响。     

添加剂对流动沸腾传热的影响

研究了添加剂对垂直管内流动沸腾传热的影响,选用W/O型聚丙烯酰胺(简称PAM)和十八烷胺(简称ODA)为添加剂,研究添加剂水溶液的性质、添加剂浓度、流速、热通量、聚合物分子量等因素对流动沸腾传热的影响.采用X光射线光电子能谱仪测试了添加剂分子在管壁上的吸附情况,并对壁面特性进行了分析.研究结果表明,W/O型聚丙烯酰胺和十八烷胺都具有强化流动沸腾传热的性能,而且有最佳浓度范围。PAM还具有减阻性能,因而可提高流速来强化流动沸腾传热。     

超亲水表面上滞止区水喷流沸腾的临界热通量

引言二氧化钛(TiO2)作为一种光催化剂,由于其独特的特性近年来引起了人们的重视.研究者发现,TiO2有着极其特殊的超亲水特性[1].当具有TiO2涂层的表面受到紫外线的辐射时,水在其表面的接触角会一直减小,最后接近于0°.对于水沸腾这类有气液相变现象的传热过程来说,这一特性有着重要的应用价值.利用超亲水传热表面,相变传热过程可以被大大强化.高温壁面上液体喷流和钢铁工业中应用十分广泛的一种高效方法.有关滞止区内喷流沸腾的研究,以往主要集中在对沸腾区域内非稳态换热特性的研究上,而对滞止区内喷流沸腾的稳态实验研究则很少[2～4].最…     

多孔壁面微通道换热性能的实验研究

微通道散热器作为一种高效散热器件,广泛应用于微电子、光电、汽车、航天国防、能源等领域。针对传统光滑微通道传热面积小、换热性能偏低、沸腾迟滞等问题,本文提出一种多孔壁面微通道结构,并采用激光直写方法实现微通道多孔壁面的高效、稳定生成。该多孔壁面微通道显著增大了换热面积、促进流体的扰动、提供大量稳定沸腾核心,从而强化单相与两相沸腾传热。通过搭建微通道换热性能测试系统,测试对比了多孔壁面微通道与光滑微通道的单相对流、两相沸腾传热性能。发现多孔壁面微通道的Nu数相对于光滑微通道提升了21%~31%。在两相沸腾换热过程中,其粗糙多孔结构促进了沸腾气泡成核,其核态沸腾起始温度相比于光滑微通道降低了35%。同时粗糙多孔结构可以保证沸腾过程中的液体持续供给,从而大幅提升了沸腾换热能力,避免了干涸现象的提前发生,其两相沸腾换热系数相对于未处理的光滑微通道最大提升了83%。此外,还开展了不同流量下多孔壁面微通道的沸腾传热性能测试,发现在质量流率为G=500kg/(m²·s)下的沸腾换热系数相对于G=200kg/(m²·s)情况下最大提升了30%。     

汽液固三相流化床沸腾传热的研究

对垂直管内汽液固三相流化床沸腾传热特性进行了实验研究和理论分析,建立了沸腾传热的计算方法.实验结果表明,由于固体粒子的存在,强化了沸腾传热.传热系数比汽液两相流提高2倍左右.沸腾过程的稳定性明显提高.     

惰性粒子对水沸腾传热强化的实验研究

通过加入不同种类和体积分率的惰性粒子,在垂直管中进行了水的流动沸腾传热实验,研究了三相流沸腾传热特性。实验中预先对水加热,采用了沸点进料。实验发现,传热膜系数随热通量、液体流量的增加及粒子体积分率的增大而增加。对于不同粒子,这种变化趋势比较一致,但不同粒子对沸腾传热的强化效果不同。实验结果表明:由于固体粒子的存在,强化了沸腾传热,三相流沸腾传热系数是相同条件下汽液二相流沸腾传热系数的1.3—1.7倍。     

加入惰性固体粒子的二元物系的流动沸腾传热特性

引　言流动沸腾传热广泛存在于石油、化工、轻工、动力及能源等各个领域 ,但三相流动沸腾传热的研究极少 .李修伦等[1]在流动沸腾系统中加入惰性固体粒子 ,进行了汽 -液 -固三相流沸腾传热的初步研究 .李修伦、闻建平[2 ,3]进一步将三相流和沸腾换热相结合 ,较好地解决了沸腾传热强化和防垢、除垢问题 .李修伦、张利斌等[4 ]又采用循环流化床技术 ,结合粒子在沸腾系统中的强化特性 ,开发了汽 -液 -固三相循环流化床蒸发器 ,它具有良好的强化传热和防、除垢性能 .上述研究均属于单组分三相流动沸腾传热 ,而关于二元物系三相流动沸腾传热的研…     

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.     

错流旋转填料床传质特性影响因素的实验研究

采用CO2-NaOH体系,在中试规模的实验装置上进行传质实验,考察了气速、液体喷淋密度、超重力因子、气液接触时间对错流旋转填料床的总体积传质系数KLa及有效传质比表面积ae的影响. 结果表明,KLa和ae均随气速、液体喷淋密度和超重力因子增加而增大,KLa随气液接触时间增加先缓慢增大后急剧下降,ae则随气液接触时间增加而缓慢下降. 最佳操作条件为：气速1.69 m/s,液体喷淋密度32 m3/(m2×h),超重力因子104,气液接触时间0.1 s. 错流旋转填料床在处理大气量气体时传质效果增强,是同类文献错报道的1.52~2.32倍. 对各操作参数下所得实验数据进行回归,得关联式KLa=1.8221(atDL/dp)ReL0.6371GrL0.0548ScL0.0623和ae/at=2980.9ReL0.2349FrL-0.045WeL0.5023f-0.5.     

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.     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性，对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析，与跟随气体的对流传质相叠加，建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型，并进行了实验检验。实验在固定对流条件下，考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致，在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下，100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10^-3 m/s、实验值为3.75×10^-3 m/s。     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。     

Hydrodynamics and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient of a stirred vessel equipped with a gas-inducing impeller

Hydrodynamic and mass transfer characteristics of a gas-liquid stirred tank provided with a radial gas-inducing turbine were studied. The effect of the rotation speed and the liquid submergence on global hydrodynamic and mass transfer parameters such as the critical impeller speed, the induced gas flow rate, the gas holdup, the power consumption and the volumetric gas-liquid mass transfer coefficient were investigated. The experiments are mainly conducted with air-water system. In the case of critical impeller speed determination, two liquid viscosities have been used. The volumetric gas-liquid mass transfer coefficient k_La has been obtained by two different techniques. The gas holdup, the induced gas rate and the volumetric gas-liquid mass transfer coefficient are increasing functions with the rotation speed and decreasing ones with the liquid submergence. The effects of these operating parameters on the measured global parameters have been taken into account by introducing the dimensionless modified Froude number and correlations have been proposed for this type of impeller.     

板式换热器相变流动的传热及压降特性

建立了三维单流道模型,模拟了波纹倾角和波纹节距对相变流动传热和压降特性的影响。结果表明,沸腾传热和压降特性同时受到流动形式和触点影响,"曲折型"流动有利于液膜蒸发增强传热,触点对气相的扰动作用小于液相,因此在气相体积分数较高的区域的触点处气液相变转化现象不明显。传热系数随波纹倾角的增加而增大,随波纹节距的增加而减小,但在相同入口Reynolds数下波纹节距λ=16 mm比14 mm的传热系数大,主要是因为流动形式的改变在某种程度上减弱了触点数目减少对传热的影响。β=75°和λ=10 mm时传热性能最好。沸腾流动的压降随波纹倾角的增大先升高后降低,在β=65°左右达到峰值,随着波纹节距的增大而降低。     

在搅拌器中油水乳状液的气液传质

选取CO2为气相,苯/辛烷-水乳状液为液相,通过难溶气体的吸收实验,研究了在带有气体分布器的三相混合吸收装置中分散液相对气液传质的增强作用。实验结果表明,传质增强因子随能量输入的增大而增大,且分散相形成的液滴较小时,在膜内停留时间里小液滴对气液传质有增强作用。分析了"传输机理",总结出增强气液传质的本质在于分散液相通过吸收作用改变气液界面液侧组分浓度梯度,并在此基础上提出了新的描述分散液相增强气液传质的解释。     

水力喷射-空气旋流器中微粒强化气液传质及其机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,研究了第三相固体粒子对气液传质的影响。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同固含率c_s、进口气速u_g、液体喷射速度u_L下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到总体积传质系数k_La和增强因子E。结果表明,随着粒子固含率增大,k_L、a、k_La和E先增大后减小,存在一适宜固含率。在不同进口气速和液体喷射速度下,加入微粒后,k_L、a、k_La均增大,但E随进口气速和液体喷射速度增加而减小。微粒加入后,主要从a、k_L和表面更新频率S这3方面强化了气液传质,但主要是通过增强表面更新频率S而实现的。     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数k_L;总体积传质系数K_La随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。