Al2O3-H2O纳米流体池内沸腾强化传热实验的曲面响应优化

为了提高余热回收效率,强化沸腾换热。在池内沸腾强化换热实验中运用Al_2O_3-H_2O纳米流体,研究了Al_2O_3纳米流体浓度、工件壁厚、热流密度对强化率的影响及最优强化条件。单因素分析结果显示,随着Al_2O_3纳米流体浓度、热流密度增大,强化率先增大后减小;随着工件壁厚增大,强化率逐渐减小。在单因素分析结果上,采用响应曲面法中Box-Behnken Design(BBD)模型对池内沸腾传热条件优化,得出三个因素对强化率的影响大小为:Al_2O_3纳米流体浓度工件壁厚热流密度。并且Al_2O_3纳米流体浓度与热流密度交互作用对强化率最为显著。通过曲面响应拟合最佳实验条件为:质量浓度1.2 wt%、热流密度83 543 W/m~2、壁厚0.45 mm,模拟结果强化率为107%,实验测得最优条件下强化率为106%,与预测接近。     

池沸腾临界热流密度及临界波长的实验研究

分别在光滑及波形结构的铜表面上对水和乙醇进行饱和池沸腾实验,观测了临界热流密度(CHF)下临界波长的变化趋势,并分析了表面结构对沸腾传热系数及CHF的影响。实验验证了光滑表面上,临界波长随工质的不同而变化,继而影响CHF,其实验值与经典的临界波长及临界热流密度理论一致。而粗糙表面上的乙醇沸腾实验进一步发现,波形结构可以减小临界波长,从而有效提高CHF,其影响规律与相关文献的理论模型较为符合。     

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。     

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.     

石墨烯纳米制冷剂核态池沸腾换热的实验研究

为分析单层石墨烯纳米片对核态池沸腾换热的影响机理,对基液为R141b、分散相为单层石墨烯纳米片的纳米制冷剂的核态池沸腾换热特征进行了测定,采用Hot Disk热物性分析仪和铂金板法分别测定了石墨烯纳米制冷剂的热导率和表面张力,采用接触角测量仪和扫描电子显微镜（SEM）观测了沸腾后加热表面的润湿性和形貌特征。实验中,单层石墨烯纳米片的质量百分含量（ω）为0.02%~0.50%,实验压力为一个标准大气压,热流密度为20~200 kW/m2。实验结果表明：单层石墨烯纳米片的加入,使制冷剂R141b的核态池沸腾换热得到强化;当ω=0.2%时,换热系数提高比例出现峰值,为57.7%。伴随ω的增加,石墨烯纳米制冷剂的热导率增大、表面张力减小,沸腾表面润湿性增强且微腔数先增后减,综合作用的结果导致存在一个最佳的单层石墨烯纳米片浓度（即ω=0.2%）使换热系数最高。     

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。     

微细通道CO_2流动沸腾换热临界热流密度研究

CO2在微细通道内流动沸腾换热过程所具有的临界热流密度(CHF)对于其换热系数有着重要影响。根据国内外现有发表的公开文献的实验数据分析了质量流量、饱和温度、管径等对临界热流密度的影响,并对理论模型与试验数据进行误差分析。发现Bowring预测关联式对小于3 mm管径内临界热流密度预测精度较高,在30%误差范围内可以达到70%预测精度,Wojtan预测关联式具有较小的平均绝对误差。提出了今后CO2在微细通道内沸腾换热CHF的研究方向。     

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。     

水平管降膜蒸发传热系数影响因素的实验研究

搭建水平管降膜蒸发实验台,分别进行实验流体为海水和纯水的实验,将其结果在不同热流密度、雷诺数(Re)、蒸发温度等条件下进行比较。研究结果表明,在小温差和较低雷诺数下,热流密度对水平管降膜蒸发传热系数基本无影响;两种流体的传热系数均随雷诺数的增大而出现先增后减的趋势;随蒸发温度的升高,海水的传热系数逐渐降低,淡水则逐渐升高;两种流体具有不同的水平管降膜蒸发临界雷诺数。     

水平强化管管外R407C降膜蒸发换热特性实验研究

搭建降膜蒸发实验台,对水平布置的强化管单管外的降膜蒸发换热特性进行了实验研究。实验强化管外径为19 mm,有效长度为2 500 mm。实验采用一种新型布液器,布液采用滴淋方式,以R407C为管外降膜蒸发工质,与管内热水进行热交换,分别在变蒸发管管内流速(1、1.5、2、2.5、3m/s)、变喷淋量(0.08~0.16 kg/(m·s))、变蒸发温度(2.5~16℃)和变热流密度(15~40 k W/m~2)的情况下进行实验,得到了R407C在管外降膜蒸发时的特性:随着热流密度的增加,传热系数不断增大;随着喷淋量的增加,传热系数先增大后减小,降膜蒸发存在一个最佳喷淋量;随着蒸发温度的升高,传热系数不断增大。同时分析了强化传热的原理。     

超临界CO2/R41混合工质在螺旋槽管内冷却流动传热特性的数值研究

为降低超临界CO₂的工作压力并强化传热,在恒热流冷却工况下对螺旋槽管内超临界状态下CO₂和CO₂/R41混合工质的流动传热过程进行了数值模拟,分析了热流密度、质量流速和倾斜角度等因素对流动传热过程的影响。结果表明：相较于超临界CO₂,超临界CO₂/R41混合工质在临界压力差更大的情况下,其最大传热系数提高了7.7%,且传热系数衰减幅度更小;螺旋槽管在高温区的传热系数相较于低温区有明显提升,且热流密度越大,传热系数越大;受浮升力影响,倾斜角度小于0°时传热系数较大,倾斜角度在45°～90°时会发生传热恶化,且倾斜角度为-45°～45°时凹槽处会形成涡旋。     

垂直下降管内液膜沸腾蒸发及相界面波动研究

采用数值模拟的方法对垂直下降管内液膜沸腾蒸发流动和传热特性进行研究。分析入口雷诺数Re和热流密度的耦合作用对液膜流动和传热的影响,结果表明:壁面生成的汽泡呈现液滴状;大汽泡表面分割、脱离出小汽泡;汽泡生成、脱离强化了沸腾传热效率;热流密度越大,液膜表面的稳定性越差;Re的提高能够增强相界面稳定性;降膜沸腾传热方式的不同对传热系数影响很大;在计算工况范围内,绘制出传热模态分布图,为工程应用提供基础。     

纳米颗粒及其接触角对沸腾传热系数的影响

选取具有不同接触角的SiO_2纳米流体进行沸腾实验,探究纳米颗粒接触角对沸腾传热系数的影响。通过观察沸腾过程中气泡大小及沸腾实验后加热面上的沉积层形态,分析纳米颗粒接触角对沸腾气泡和沉积层形态的影响,进而揭示了纳米颗粒表面的润湿性对沸腾传热系数的影响机理。结果表明:纳米颗粒的接触角会影响纳米流体沸腾时气泡的稳定性和加热面上纳米沉积层的形态,不同表面形态具有不同的换热效果;中等亲水的纳米颗粒能吸附在气泡的气液界面上,使沸腾传热系数增大;加热面上沉积的中等亲水纳米颗粒会增大加热面粗糙度,产生更多的汽化核心,使沸腾传热系数增大。     

微尺度流道相变传热特性的实验研究

为了探究微流道相变传热的特性,本文以去离子水为工质,对不同结构尺寸的铝制矩形流道中的相变传热特性进行了实验研究.结果表明:在本实验范围内,传热系数随流道尺寸减小而增大.传热系数随着热流密度的增加而增加.在同一热流密度下,随着干度的增大,传热系数变化不大.     

平板滞止区内饱和液体喷流沸腾的临界热流密度

对高温平板滞止区内饱和液体的圆形喷流冲击沸腾的临界热流密度进行了系统的稳态实验研究。考察了不同液体、流速和喷流直径等系统条件对喷流沸腾临界热流密度的影响。建立了一个预示临界热流密度的半理论半经验型方程,其基本形式采用过去的研究结果,方程系数由本研究的实验数据拟合得到。研究结果证明,饱和液体喷流冲击沸腾的临界热流密度取决于液体物性、滞止冲击速度和喷流直径。本研究得到的半理论半经验公式在广泛的实验范围内能很好的预示喷流沸腾的临界热流密度。     

四氧化三铁纳米流体强化热管换热的实验研究

通过实验研究四氧化三铁（Fe3O4）纳米流体重力热管的传热性能。在不同输入功率、不同充液率、不同纳米流体质量浓度的工况下测试热管的外壁温度,再理论计算其等效对流传热系数、热阻。结果表明：当充液率为50%,输入功率为40W时,水基液重力热管和纳米流体重力热管都有最高的等效对流传热系数,并且纳米流体质量浓度为1%时,重力热管具有最高的等效对流传热系数5455.4 W.m-2.K-1,较水基液重力热管最多可增大79.1%。四氧化三铁纳米流体运用于重力热管可以有效减小其热阻、强化其传热性能。     

R410A/R404A/R407C在T型翅内螺纹水平管外的降膜蒸发换热研究

为分析R410A、R404A、R407C在T型翅内螺纹水平强化管外降膜蒸发的换热特性,分别在变喷淋密度(0. 047～0. 113 kg/(m·s))、变蒸发温度(0～16℃)以及变热流密度(10～40 k W/m~2)条件下进行了实验,采用"Wilson"图解法以及热阻分离法进行实验数据处理,得到了3种制冷工质在管外降膜蒸发时的换热特性。结果表明:随着喷淋密度的增加,R410A、R404A和R407C 3种制冷工质的管外降膜蒸发传热系数先增加后减少,存在最佳喷淋密度,分别为0. 092、0. 088和0. 095 kg/(m·s);随着蒸发温度的升高,R410A和R404A的管外降膜蒸发传热系数先减小后增大,而R407C的管外降膜蒸发传热系数则一直在增大,但均小于R410A和R404A;随着热流密度的增加,3种制冷工质的管外降膜蒸发传热系数也随之增大,其中,R410A的换热性能最好,R404A次之,R407C最差。通过传热分析以及实验数据拟合,得到了3种制冷剂的降膜蒸发传热关联式。     

纳米流体微通道冷却菲涅尔聚光电池的热性能研究

文章基于菲涅尔高倍聚光砷化镓电池冷却技术的研究,对不同聚光条件、不同冷却工质螺旋式微通道散热器的传热性能进行了数值模拟,分析了电池芯片温度、努塞尔数、传热系数、强化传热因子的变化规律。研究结果表明:当太阳直射辐照度为1 000 W/m~2时,优化的三级聚光系统经过均光后,可强化螺旋式微通道对电池芯片的冷却效果,且该菲涅尔三级聚光系统的压降逐渐减小;与蒸馏水相比,Al_2O_3纳米流体的换热特性较强,且该纳米流体的换热特性随着纳米颗粒粒径的减小而增强;随着Al_2O_3纳米流体质量分数和粘度的增大,该纳米流体的努塞尔数、传热系数呈现先增大后减小的趋势,优化的菲涅尔三级聚光系统的压降则逐渐增大;当Al_2O_3纳米流体的质量分数为6%~8%时,该纳米流体的换热特性可作为该工况下利用Al_2O_3纳米流体冷却砷化镓电池的参考值,此时Al_2O_3纳米流体的强化传热因子相对较高。     

R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降特性研究

对制冷剂R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降梯度进行了定性的理论分析和定量的实验研究,分析不同影响因素下其变化规律。实验工况：质量流率50~1 020 kg/(m2•s)、热流密度1~70 kW/m2、管径1~3 mm、饱和温度-10~25 ℃、干度0~1。实验结果表明：质量流率的增大和换热管径的减小,都会造成摩擦压降梯度和增长幅度大幅增加;热流密度值的变化不影响摩擦压降梯度,但会影响摩擦压降达到最大值的时间;摩擦压降梯度随着饱和温度和管径的减小而增大;摩擦压降梯度在中低干度时快速增加,在高干度时增速减小趋于平稳,直至达到最大值后缓慢减小。     

水平管外降膜蒸发传热实验研究

以水为工质,对直径为19 mm的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。实验通过测量管表面和饱和蒸气温度,计算得到平均和局部传热系数。由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响,并与直径25.4 mm铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较,讨论局部传热系数随周向角度的变化。结果表明,在实验范围内,管外平均传热系数随温度的升高而增大,随喷淋密度的增大先增大,后略微下降。小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。