多孔表面强化沸腾传热的研究进展

本文综述了多孔表面用于强化沸腾传热的研究工作。即介绍了多孔表面的形成和结构表征方法、多孔表面的沸腾传热性能以及描述多孔表面沸腾传热机理的物理和数学模型，同时分析了影响多孔表面沸腾传热性能的因素，探讨了多孔表面强化沸腾传热研究的发展方向。     

烧结型多孔表面管外池沸腾传热特性

实验研究了热通量为0.1~160 kW·m^-2时,去离子水在光管及烧结型多孔表面管管外的池沸腾传热特性,分析了换热管布置方式(垂直与水平)、管径大小(20、25和32 mm)与多孔层颗粒尺寸(30~105 μm)对池沸腾传热特性的影响规律。结果表明:去离子水在多孔管表面的起始沸腾过热度小于光管,比光管低3 K左右;多孔表面管可明显强化核态沸腾传热,其沸腾传热系数可达光管的3~4.5倍;大热通量下,换热管水平布置时的传热效果较垂直布置佳,且布置方式对多孔管换热效果的影响比对光管的影响小;随管径增大,光管与多孔表面管的沸腾传热系数降低;大颗粒尺寸多孔层的强化效果优于小颗粒尺寸多孔层。     

换热器用多孔管沸腾传热物理模型比较

多孔管是一种新型高效强化沸腾传热的换热管,对其沸腾传热的物理模型的研究是深刻理解其强化传热机理和今后改进该技术的前提。通过总结国内外相关研究工作,介绍了烧结型和机加工型多孔管沸腾传热的物理模型。重点分析了多孔层特征参数(多孔层厚度、当量半径和孔隙率)对强化传热的影响。同时对各种模型的优缺点进行了分析归纳,探讨了多孔管沸腾传热物理模型研究的发展方向,对今后的发展提出了自己的建议。     

换热器用多孔管沸腾传热物理模型比较

综述了针对多孔管沸腾传热的物理模型.分析了影响多孔表面沸腾传热的影响因素,对各种模型的优缺点进行了分析归纳,探讨了多孔管沸腾传热物理模型研究的发展方向,对今后的发展提出了自己的建议.     

多孔结构及表面浸润性对池沸腾传热影响的研究进展

沸腾传热是一种高效换热方式,在多种领域具有广泛应用前景。其中多孔金属表面由于其比表面积大、导热性能好以及汽化核心密度高等突出优点,受到广泛关注;而多孔表面、耦合表面、亲疏水改性能极大地提高临界热流密度,调控沸腾传热,变无序为可控,正迅速成为强化沸腾相变传热领域的新热点。本文追踪了多孔表面和表面改性强化沸腾传热的最新进展,重点介绍多孔尺度、形状、核化点布局及整体/局部亲疏水性强化沸腾性能及机理;简要分析了以Zuber临界热流密度公式为基础的Kandlikar系列公式;整理近年来不断完善和改进的沸腾传热机理模型,认为微液层蒸发和瞬态热传导是微纳多孔表面强化沸腾的主导机制;进一步指出微纳多孔表面耦合、局部亲疏水性处理是强化沸腾传热新的发展方向。     

沉积时间和电流对多孔表面沸腾特性的影响

多孔表面是提高沸腾传热性能的有效表面改性技术。为探究多孔表面的制备参数对沸腾传热性能的影响，应用电化学沉积法在不同的沉积时间和电流下制备了多孔表面，并在常压下对去离子水进行了池沸腾实验。与普通表面相比，多孔表面显著提高了沸腾传热性能。最大临界热流密度(CHF)和最高传热系数(HTC)分别达到3.00 MW/m²和136 kW/(m²·K),比光滑表面分别提升了145%和156%。CHF和HTC对多孔表面的增强归因于气化核心数量增加、传热面积的增加和毛细芯吸力的增强。     

CuO/H2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40～100 nm,晶型为正六面体。利用“两步法”制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明：在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

i影响换热器用多孔表面管沸腾换热的主要因素

综述了换热器用多孔表面管沸腾传热的各种影响因素,既介绍了如孔穴直径、多孔层厚度及孔隙率等多孔层的特征参数的特性;也介绍了材料物性、加工工艺、工质物性、压力与温度等对沸腾传热的影响。同时对各种因素对沸腾换热的具体影响进行了分析归纳,对今后多孔表面强化沸腾传热的研究提出了一些自己的建议。     

影响换热器用多孔表面管沸腾换热的主要因素

综述了换热器用多孔表面管沸腾传热的各种影响因素,既介绍了如孔穴直径、多孔层厚度及孔隙率等多孔层的特征参数的特性;也介绍了材料物性、加工工艺、工质物性、压力与温度等对沸腾传热的影响.同时对各种因素对沸腾换热的具体影响进行了分析归纳,对今后多孔表面强化沸腾传热的研究提出了一些自己的建议.     

CuO/H_2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40~100 nm,晶型为正六面体。利用"两步法"制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明:在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

复合粉末多孔表面管的沸腾传热

采用管内去离子水加热管外丙酮沸腾的方法对复合粉末多孔表面管的沸腾传热特性进行了实验研究,获得了沸腾传热系数和K值随温度和几何参数的变化情况,并与国内几种多孔表面管的实验结果进行了比较,同时对多孔管的抗垢性能进行了分析.实验结果表明,多孔层孔隙率对沸腾传热系数的影响最大,多孔管的沸腾传热系数是同类型的光滑管的14倍,多孔管具有一定的抗垢性能.所得结果为该种类型多孔管的工业化应用提供了科学依据.     

混合制冷工质R134a/R142b池核沸腾传热强化研究

混合制冷工质的传热性能差,使得其应用受到一定限制,而采用适当的强化传热技术可以大大提高混合制冷工质传热性能。实验的热流密度范围内,在相同的热流密度条件下,非共沸混合制冷剂Ｒ１３４ａ／Ｒ１４２ｂ在机械加工表面多孔管外沸腾传热膜系数是光滑管的１．７８～３．３３倍。     

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%。     

垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数值分析

在对流动特性和换热机理进行分析的基础上,建立了垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数学模型和数值计算方法.该模型认为环状流区域同时存在强制对流与核态沸腾两种换热方式.液膜厚度、速度与温度等参数通过求解液膜的质量守恒、动量守恒、能量守恒方程获得.核态沸腾换热则包括气泡脱离带走的热量及用于加热气化核心影响区流入液体的热量两部分.提出了流动沸腾情况下的多孔层气泡脱离直径及气化核心密度计算方法.对异丙苯在火焰喷涂型垂直多孔表面管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测,大部分工况的计算值与实验结果符合良好.在低干度区(x=0.1),核态沸腾在总换热中的比例约为50%.随着干度的增加,核态沸腾受到越来越大的抑制,当x为0.5时,这一比例降低到约15％.     

甲醇在改进型机加工多孔管上池核沸腾换热特性的研究

测度了甲醇在９根第二代机械加工表面多孔管（ＪＫ－２管）、１根第一代机械加工表面多孔管（ＪＫ－１管）和１根光滑管上的单管饱和池沸腾传热系数,结果表明,ＪＫ－２管比ＪＫ－１管能更有效地强化甲醇的池沸腾传热。提出了一个简化的池核沸腾强化传热机理,并导出了相应的池核沸腾强化的传热关联式,该关联式与实验数据吻合良好。     

多级复合芯结构的强化沸腾传热研究

采用固相烧结技术制备了均匀多孔层、复合16芯和复合32芯三种多孔结构,并且建立了池沸腾传热测试系统来研究不同芯数量、粒径与结构高度对多孔结构沸腾传热性能的影响。实验结果表明,在测试范围内复合层高1 mm的多孔复合32芯结构传热性能较强,临界热通量(CHF)最高为386 W/cm²,传热系数最高达到9.5 W/(cm²·K)。同时利用高速摄影观察气泡行为来研究强化沸腾传热机理。可视化数据表明,相比于光滑表面,在高热通量下多孔复合表面上气泡周期更短,脱离更快,气泡的离开带来了更多的液体补充,进而不断提升传热性能,获得更高的CHF值。     

竖直圆管内液氮过冷流动沸腾数值模拟研究

在现有数学模型的基础上,从沸腾换热的机理入手,对过冷流动沸腾模型中的气泡参量模型进行了修正,分析确定了壁面热流密度的拆分方法,构建出适应于液氮的过冷沸腾计算模型。将新模型应用于CFX4.4中,对液氮在三维竖直圆管内的过冷流动沸腾进行了数值模拟。研究发现,在过冷流动沸腾形成之后,蒸发热流成为壁面换热的主要部分,沸腾换热占据换热的主导地位。数值模拟结果与已有的实验数据吻合较好,证明了新建模型的正确性。     

Enhanced boiling of mixtures

The degradation in the mixture pool boiling heat transfer coefficient is demonstrated to be much different for an enhanced boiling tube than for an ordinary smooth tube operating under identical conditions, usually being substantially less pronounced. This phenomenon is explored in the present study for the High Flux tube with its thin, porous metallic enhancement layer. The reduced degradation in the enhanced boiling heat transfer coefficient is shown to be the result of a liquid Prandtl number augmentation of the liquid-phase convection process inside the porous matrix, which partially counterbalances the negative effect of mass diffusion on the thin film evaporation process in enhanced boiling. It is thus concluded that the existing mixture boiling correlations for conventional smooth tubes, which only include the mass transfer effect on evaporation, will not be able to correlate the mixture effect for enhanced surfaces.