表面芯吸性对淬火过程中沸腾传热特性的影响

研究表面芯吸性对淬火过程中的冷却速率和沸腾传热特性的影响.采用质量分数约为50%的氢氟酸溶液对不锈钢球表面进行化学腐蚀,在恒温50℃时通过改变腐蚀时间得到具有不同芯吸性的试样并对表面芯吸量和初始芯吸通量进行定量表征.在常压下的饱和水中对所制备的芯吸表面进行可视化淬火实验.结果表明,原始不锈钢表面不具有芯吸性,随着腐蚀时间的增加表面芯吸能力也逐渐增强.经过腐蚀3 min之后,表面芯吸通量达到20 μL/（mm²·s）.该芯吸表面使淬火冷却时间相较于原始表面缩短约80%,临界热流密度提高了约84%.构建表面芯吸性可以有效地增大固液接触面积并加剧表面汽膜波动,抑制了稳定膜态沸腾的出现,强化了过渡态沸腾传热.     

淬火介质冷却过程中的数值计算

以探头表面的温度变化情况来分析淬火介质的冷却能力。着重论述了测得探头中心温度之后，反推探头表面温度的数学模型，并确定相应的数值计算方法，并以此为理论基础编程得到计算结果曲线。     

喷涂多孔表面沸腾传热实验研究

对喷涂多孔表面沸腾传热进行了实验研究,喷涂多孔表面有三种厚度,采用蒸馏水、乙醇和R—113作实验工质,实验在当地大气压下进行．实验结果表明：喷涂多孔表面上产生沸腾的起始过热度低,传热系数比光滑表面高2—5倍．喷涂多孔表面沸腾临界热流也比光表面高,可以在比较宽的热流范围内强化沸腾换热．实验还表明：喷涂多孔表面也具有沸腾滞后现象,但是,滞后过热度较小．喷涂技术不仅具有设备简单、操作方便、费用低等优点,还具有能够适应不同基体表面形状的特殊优点．因此,喷涂表面是热管技术和蒸发器强化沸腾传热的一种有效方法．     

微机测试淬火介质冷却特性

本文介绍淬火介质性能的一种新的测试方法。测试系统是由奥氏体不锈钢制成的探头和微机组成。在探头的几何心部有一个热电偶,探头在炉内加热到指定的温度850℃后,迅速转移到固定体积的待测介质中,与此同时用微机采集探头温度随时间的变化。我们测量了水和油两种介质中温度—时间数据。这种方法提供了淬火介质冷却特性的所有可能收集到的信息。     

电场作用下锥形孔穴表面微细通道内流动沸腾传热特性

为了探究电场作用下锥形孔穴表面微细通道内R141b制冷剂的流动沸腾传热特性,研制不同孔穴直径、孔穴密度的锥形孔穴表面微细通道板.在设计系统压力142 kPa、入口温度34.5℃、热流密度7.72～25.11 kW/m²条件下进行流动沸腾试验,对比分析不同孔穴直径、孔穴密度的微细通道电场强化传热效果.对比锥形孔穴表面微细通道和光滑表面微细通道的沿程传热特性,以进一步分析锥形孔穴对电场强化传热效果的影响.为了研究电场对受限气泡的影响,采用COMSOL软件对微细通道内电场分布进行数值模拟,并结合可视化结果分析电场对受限气泡长径比的影响.研究结果表明：在有效热流密度区间内,孔穴密度相同、孔穴直径大的微细通道电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了10.1%;孔穴直径相同、孔穴密度大的微细通道,电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了19.3%.锥形孔穴表面微细通道的电场强化传热效果优于光滑表面微细通道,电场作用下的微细通道内受限气泡的长径比与无电场时相比更小.     

液滴撞击超疏水—亲水混合表面的动态行为特性

对液滴撞击普通表面、疏水表面、疏水—亲水混合表面的行为进行可视化观测,对比研究不同撞击表面的动力学特性,分析表面润湿性以及撞击速度对撞击行为的影响.疏水部分接触角选取115°、135°和150°.液滴撞击不同的表面,均会发生铺展、回缩、反弹或破碎行为.液滴撞击疏水表面的速度越大,表面的铺展因子越大,但不会影响最大铺展时间(3 ms).当液滴以2.43 m/s的速度撞击超疏水表面时,铺展因子可达3.43.研究发现,液滴撞击超疏水—亲水混合表面未发生反弹,且撞击速度越大,接触角越大,液滴撞击产生的液指越多,断裂产生的次生小液滴越多.结果表明,超疏水—亲水混合条纹可以减小单个液滴的体积,减少液滴的二次回弹.     

压力调节淬火冷却过程的探讨

本文简要分析了淬火工艺的冷却传热过程,指出对淬火冷却起决定性作用的是淬火介质的冷却能力以及由汽泡沸腾换热转变为对流换热时工作表面的温度,即工件表面——淬火介质界面的换热条件;探讨了压力场调节淬火工艺冷却过程的基本原理;最后指出:压力调节淬火冷却过程为淬火工艺优化、工艺技术改造提供了理论基础,同时又为淬火介质冷却特性实现理想化调节提供了新的科学方法。     

石墨蓄热式集热管内流动沸腾传热特性

为了研究石墨蓄热对太阳能集热管内流动沸腾传热特性的影响,采用对比实验方法,通过改变热流密度设计4种不同的加热阶段,以石墨蓄热对集热管出口蒸汽温度、集热管均温性的改善为依据对石墨蓄热集热管性能进行评价,并重点分析石墨蓄热对集热管内流动沸腾不稳定性特征与管内换热系数的影响.实验结果表明,石墨蓄热导致辐照(热流密度)突降时集热管出口蒸汽温度降低时间延长了30.0%.与此同时,石墨蓄热对集热管轴向和径向温差均有明显的改善.在高热流密度条件下,集热管均温性的改善有效地抑制管内流动沸腾传热不稳定性,使得集热管的平均换热系数提高了7.23%.     

气膜冷却流场传热特性的数值分析

应用Realizablek-8紊流模型对吹风比为0．5、1．0、1．5和2．0的三维气膜冷却流场进行了数值模拟,分析了回流区和反向涡旋对（CVP）对射流下游壁面换热的影响。计算结果表明,壁面换热峰值点位于分离点附近,在分离点后,努塞尔数沿流动方向逐渐降低;努塞尔数并不随吹风比的变化而单调变化,而是在吹风比为1．0时存在最佳值。     

单面加热微细窄通道内过冷沸腾的传热特性

以去离子水为工质,对大宽高比、小长径比的单面加热微细窄通道(W=5.01mm,H=0.52mm)内的过冷流动沸腾进行实验研究.结合高速摄像,探讨热流密度、质量流速和通道方向对换热系数、压降和流型的影响.结果表明,竖直通道内的沸腾流型随时间变化,主要为孤立泡状流.当热流较高时,孤立汽泡的生长或互相融合可以形成拉长汽泡.在较高流速(300和400kg/(m2·s))下,拉长汽泡在惯性力作用下迅速离开加热段;在低流速(200kg/(m2·s))下,拉长汽泡向上游扩张,在整个加热段上引发短时薄液膜蒸发过程,并伴随局部干涸和重新润湿的现象,同时换热系数显著高于较高流速下.相对于竖直通道,水平通道内在较低热流下被大量汽泡占据,形成较早的干涸,压降和壁温均出现较大的波动.     

瞬态情况下的射流冲击沸腾传热特性的实验研究

研究了在膜态沸腾、过渡沸腾和临界热流密度处的传热特性。采用淬冷的方式在射流速度为2.5m/s以上,初始壁温约为700℃的情况下,得到了完整的沸腾曲线。从实验结果可以看出,沸腾曲线的位置向右偏移且形状发生了变化,q_max降低了一个数量级。     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

短周期风洞叶栅表面冷却特性实验

通过在高速风洞中对带气膜孔叶片进行冷却效率的详细测量,研究了进口雷诺数、出口马赫数以及二次流与主流流量比对气膜冷却效率分布规律的影响,测量了Re为200 000～600 000,Ma为0.37～1.16,流量比Mr为0.05、0.1、0.15时叶片表面的冷却效率。结果表明:叶片表面气膜冷却效率随马赫数的增大而减小,雷诺数对气膜冷却效率没有明显的影响;增大二次流流量可以提高压力面的冷却效率,降低吸力面的冷却效率。     

预测淬火钢件心部冷却过程的简便方法及其应用

本文介绍了在已知淬火介质冷却曲线的基础上,对实际钢件在同种淬火介质中淬火时其心部冷却曲线的计算方法。说明了这一方法的实际用途,通过实验对此方法的准确性作了验证。结果表明,该预测法能满足实用要求,在生产上有一定的应用价值。     

微槽群表面喷雾冷却换热特性

在闭式循环喷雾冷却系统中,以蒸馏水为工质,喷雾体积通量从0.938 L/(m2·s)增至12.73 L/(m2·s)的情况下,实验研究了微槽群表面的槽道尺寸对喷雾冷却换热性能的影响.结果表明:微槽群表面可明显提升换热效果,提升程度取决于槽道尺寸和喷雾流量.小流量(1.146~1.604 L/(m2·s))时,最佳槽面结构槽深、宽、间距分别为0.5、0.4、0.6 mm;大流量(12.73 L/(m2·s))时,最佳槽面槽深、宽、间距分别为0.5、0.2、0.4 mm,在表面温度为80℃时,其热流密度达202.5 W/cm2.从光面喷雾与微通道流动换热相结合的角度,给出了微槽群表面喷雾冷却强化换热机理;推导了反映蒸发换热特性和槽道尺寸对换热影响的微槽群表面量纲一换热准则方程,可方便用于工程设计.     

聚合物在挤出加工过程中的传热特性研究

分析了聚合物在挤出加工过程中热量传递模式 ,建立了热量平衡方程和热量传递的物理模型 ,实验测量了挤出机温控装置的总传热系数及胶料与机筒内壁的对流换热系数 ,并给出了该换热系数与边界环向滑移速度的关系。     

一种水溶性有机聚合物淬火介质冷却特性的研究

本文在实验的基础上研究了水溶性羧甲基纤维素(CMC)淬火介质的冷却特性,通过与水和油比较,详细分析了淬火液浓度对其冷却特性的影响,给出了在整个冷却温区以及650～550℃温区和300～200℃温区的冷却特点数据。此外还初步了解了淬火液温度及搅拌对其冷却性能的影响,认为单一的CMC淬火介质的冷却性能并非理想,若要广泛地应用,还须对其性能作进一步的研究改进。     

双层复合表面材料管传热过程的研究

分别从蒸馏水、NaOH 溶液为实验介质,研究了光滑管、复合材料管表面上的相变沸腾传热过程。认为采用热喷涂—化学法处理的复合表面材料管,可以增大相变传热系数,以达到强化沸腾传热的目的。