R134a在菱形离散肋微小通道内的流动沸腾换热实验研究

研究了制冷剂R134a在角度分别为30°、60°和90°的菱形离散肋微小通道内的流动沸腾换热特性。微小通道内菱形离散肋分布区域长300 mm、宽20 mm，进口处饱和压力为(700±5)kPa，其他工况范围为：干度0～1，质量流率200～500 kg/(m²·s)，热通量10～30 k W/m²。实验结果表明：离散肋中的流动沸腾换热受到核态沸腾和对流沸腾的共同作用，传热系数随质量流率和热通量的增加而增加，但随着干度的升高，热通量的作用减弱并趋于消失。此外，离散肋结构对流动沸腾换热有显著影响，相同工况下，90°菱形离散肋的传热系数高于30°和60°，且在高干度更显著。最后，基于实验数据和分析结论，提出了一个适用于预测不同结构离散肋微小通道中流动沸腾传热系数的计算关联式。     

矩形小通道内气液两相流垂直向上流动特性

以氮气和水为实验介质,利用高速摄像机对水力直径为1.15 mm的矩形小通道内的气液两相垂直向上流动特性进行可视化研究,依次得到泡状流、弹状流、搅拌流和环状流4种典型的流型图像。针对小通道内气泡之间相互无遮掩性的优势,运用图像处理技术对流型图像分形增强,检测气泡边缘并填充后根据提出的气相体积模型,得到两相流动的含气率。结合实验数据,根据分液相Reynolds数把流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行修正,结果表明：修正后的压降模型能较好地预测本文实验结果。     

微肋阵通道流动沸腾换热与压降特性

为探究不同截面微肋阵通道内的流动沸腾换热机理,以去离子水为工质,在质量流速为96～224 kg·m^-2·s^-1,有效热通量为10～240 W·cm^-2的范围内,对圆形、菱形、椭圆形微肋阵通道内流动沸腾换热及压降特性进行了实验研究,同时对微通道内流动沸腾的不稳定性进行了分析。通过实验发现：在低热通量下,核态沸腾占主导地位,而在中高热通量下,薄膜蒸发对流换热为主要沸腾机制;沸腾传热系数随着热通量和出口干度的增加而减小,两相压降随着热通量和出口干度的增加而增大;微肋阵肋间形成的次级通道宽度对换热和两相压降有很大的影响,次级通道越宽,气泡越容易脱离,换热效果越好,压降越大;微肋的存在抑制了气泡的反向流动,减小了沸腾不稳定性,推迟了临界热通量的发生,椭圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最好,而圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最差。     

微肋阵通道流动沸腾换热与压降特性

为探究不同截面微肋阵通道内的流动沸腾换热机理,以去离子水为工质,在质量流速为96～224 kg·m~(-2)·s~(-1),有效热通量为10～240 W·cm~(-2)的范围内,对圆形、菱形、椭圆形微肋阵通道内流动沸腾换热及压降特性进行了实验研究,同时对微通道内流动沸腾的不稳定性进行了分析。通过实验发现:在低热通量下,核态沸腾占主导地位,而在中高热通量下,薄膜蒸发对流换热为主要沸腾机制;沸腾传热系数随着热通量和出口干度的增加而减小,两相压降随着热通量和出口干度的增加而增大;微肋阵肋间形成的次级通道宽度对换热和两相压降有很大的影响,次级通道越宽,气泡越容易脱离,换热效果越好,压降越大;微肋的存在抑制了气泡的反向流动,减小了沸腾不稳定性,推迟了临界热通量的发生,椭圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最好,而圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最差。     

微通道内流动沸腾可视化观察与流型转换研究

对去离子水在矩形微通道(0.54mm×1.6mm)中的流动沸腾进行了可视化观察和实验,观察到泡状流、弹状流、环状流三种流型,并对流型进行分类.根据流型转换实验数据,得到随千度和质量流速变化的流型分布图,在此基础上进一步拟舍得到流型转换预测的新关联式,对矩形微通道内流动沸腾换热的研究有重要的实际意义.     

微通道中纳米流体流动沸腾换热性能研究

为研究微通道中纳米流体流动沸腾的换热性能,设计了一种水力直径为143 μm的矩形硅基微通道,搭建了研究微通道中纳米流体流动沸腾换热的高速测量和光学可视化实验平台.研究了质量分数为0.2%的Al2O3纳米流体及纯水在微通道中的流动沸腾换热性能.通过比较在两种换热工质中系统压降和壁温,并结合流型的同步变化分析了纳米流体的流...     

非圆小通道内非牛顿流体-氮气二相流型研究

采用可视化手段研究了水力直径为2.886 mm和0.866 mm的等边三角形截面微小通道内非牛顿流体气液二相垂直上升流动,表观气速0.1—100 m/s,表观液速0.01—6 m/s。根据观察和测量结果,得到三角形通道内的羧甲基纤维素钠(CMC)溶液-氮气的典型流型图像和流型转变界限。通过与常规通道的空气-水二相流型图对比,发现液体的黏性、表面张力以及截面形状和水力直径等因素对流型的转变具有显著的影响。     

流动沸腾传热的矢量合成模型

初步分析在论文中提出的新模型的理论基础,并改进流动沸腾传热中对流蒸发项的计算,利用杨伟构造的渐进加和模型计算窄矩形流道中流动沸腾传热的对流蒸发项;还利用所提出的矢量合成模型预测了圆管内的流动沸腾传热系数。实验数据关联表明,所构造的模型适合窄矩形流道和圆管流道内流动沸腾传热系数的计算。     

CO_2管内流动沸腾换热模型评价研究

CO_2由于良好的环境特性和优良的热力学特性,被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比,CO_2有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO_2管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析,对于深入了解CO_2管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO_2的管内流动沸腾换热模型进行对比分析,发现Fang(2013)关联式误差最低为10.6%,并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化,气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图,可为深入了解CO_2管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

CO2微细通道流动沸腾换热干涸特性

针对二氧化碳作为制冷剂在微细通道内两相流沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与传热系数实验研究,定量与定性地分析了热通量2～35 kW·m^-2,饱和温度-10～10℃工况时,内径为1、2、3 mm圆管内的传热系数。实验结果表明:当质量流率增加时干涸起始干度逐渐降低,当质量流率小于临界值时,干涸现象结束之后,传热系数随着质量流率增加基本维持不变,而当质量流率大于临界值时,干涸现象结束之后,随着质量流率增加传热系数相应增加;随着管径增加,干涸发生的质量流率越小,临界热通量越大,同时管径越小传热系数越高。     

微/小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究展望

概述了微/小尺度非牛顿流体多相流动与传热现象。在评述国内外已有文献的基础上,从实验研究与数值模拟二方面介绍了非牛顿流体管内多相流动与传热研究的现状、存在的问题。总结了微小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究领域中若干值得探索的研究切入点,提出了若干值得探索的研究内容。讨论了非圆截面微通道试验器件的设计与加工、流动可视化与流型采集、流动参数测量、数值模拟等关键技术解决思路,给出了微/小通道内非牛顿流体的绝热气液二相流动可视化实验、流动沸腾传热及可视化实验设计方案,可为深入探索微/小尺度非牛顿流体管内多相流动与传热特性提供参考和借鉴。     

复合多孔表面管竖直管束在液氮中的沸腾传热

复合Gewa-T多孔表面管是在机械加工Gewa-T表面上再覆盖一层烧结多孔层而形成的强化传热管,针对复合Gewa-T多孔表面管竖直单管和管束在液氮池中的核态沸腾进行了实验研究,通过改变管束管间距、热负荷等得到了不同情况下的管束沸腾传热特性.沸腾的最佳管间距与管外径比为1.2,此时管束沸腾特性优于单管.     

纳米管阵列表面流动沸腾传热特性的实验研究

利用阳极氧化法在钛换热管内表面制备出了一层管阵列结构纳米薄膜。以该纳米管阵列表面管为传热元件,蒸馏水为工质,采用管外电加热竖管强制循环工艺,在恒质量流速下考察了纳米管阵列表面管的流动沸腾传热性能。在实验的基础上,得出了纳米管阵列表面管流动沸腾传热系数关联式。实验结果表明,与光滑表面管相比,流动沸腾传热温差降低了30%～55%,在没有增加阻力的情况下,沸腾传热系数提高了1.5～2.2倍。     

汽液固三相流动沸腾传热计算与实验研究

对汽液固三相循环流化床中流动沸腾传热进行了理论分析和实验研究 ,在此基础上结合渐进模型及表面更新机理建立了汽液固三相流动沸腾传热模型 ,模型计算值和实验数据吻合较好 ,最大偏差在 18%以内     

CO2管内流动沸腾换热模型评价研究

CO₂由于良好的环境特性和优良的热力学特性,被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比,CO₂有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO₂管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析,对于深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO₂的管内流动沸腾换热模型进行对比分析,发现Fang（2013）关联式误差最低为10.6%,并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化,气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图,可为深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。     

Enhanced Heat Transfer Characteristics of Upward Flow Boiling of Kerosene in a Vertical Spirally Internally Ribbed Tube

Experiments of upward flow boiling of kerosene in a vertical spirally internally ribbed tube and a vertical smooth tube were conducted, respectively, in the present study. The spirally internally ribbed tube has an inner diameter of 11 mm (an equivalent inner diameter of 11.6 mm) and an outer diameter of 22 mm. The smooth tube has an inner diameter of 15 mm and an outer diameter of 19 mm. The test tubes were uniformly heated by passing an electrical current along the tubes with an available heated length of 2500 mm. At the outlet of the test section, the experimental pressure was 3 bars. The experimental heat flux ranged from 28.5 to 93.75 kW/m². The experimental mass flux was 410, 610, and 810 kg/m²s, respectively. Both local and average flow boiling heat transfer coefficients were measured in the test tubes. The enhanced heat transfer characteristics of the flow boiling of kerosene in the spirally internally ribbed tube are presented by comparing the experimental heat transfer coefficients with those obtained in the smooth tube. It shows that the flow boiling heat transfer coefficients in the spirally internally ribbed tube are 1.6 to 2 times greater than those in the smooth tube. The physical mechanisms of the enhanced heat transfer characteristics of flow boiling in the spirally internally ribbed tube are analyzed. According to the experimental data, an expression for the flow boiling heat transfer coefficient of kerosene was found in terms of the Martinelli number for the spirally internally ribbed tube. The correlation is applicable to the design of heat exchange equipment, using the spirally internally ribbed tube as a heat transfer element under these test conditions.     

纳米石墨冷冻机油对R600a流动沸腾换热的影响

搭建了纳米冷冻机油/制冷剂水平光管内流动沸腾换热测试实验台,研究了石墨/R600a纳米制冷剂在水平直光管内流动沸腾换热特性,分析了纳米石墨对含油制冷剂流动沸腾换热的影响。实验测试段为总长2.5 m、外径9.52 mm、内径8 mm、壁厚0.76 mm的紫铜管。在质量流速为150、200、250、300 kg·m^-2·s^-1下,分别测量纯R600a、含油R600a、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.2%)纳米石墨冷冻机油和R600a混合物在水平光滑圆管内流动沸腾传热系数随干度的变化趋势。实验结果表明:纳米石墨的添加增强了含油制冷剂的流动沸腾换热。实验获得了基于石墨的含油纳米制冷剂流动沸腾换热关联式,关联式的预测值与94.5%的实验数据偏差在±15%以内。     

高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。     

Investigation of flow boiling in circulating three-phase fluidised bed: Part I: Experiments and results

In flow boiling apparatus, fouling is frequently a problem. Mechanical methods to mitigate fouling include the impact of solids on the deposit to remove it. Solid particles fluidised by the two-phase boiling mixture may accomplish sufficient deposit removal to keep boiling surfaces clean. This results in a self-cleaning fluidised bed boiling heat exchanger. The particles additionally enhance the heat transfer. In this paper, a comprehensive investigation of three-phase fluidised flow boiling in a circulating system is presented. A test apparatus which is a three-phase circulating fluidised bed was built with glass construction to visualise boiling phenomena in a water system. It could also be operated as a two-phase system and this was investigated to provide the basis for comparison and also to verify reproducibility and confirm well-established flow boiling results. For the three-phase system (where steel particles were added), a range of liquid flowrates and heat fluxes was used and three different particle sizes were investigated. Three-phase results were compared with two-phase results. This work is primarily a study of boiling heat transfer enhancement as a result of addition of particles, but the effect of the particles creating a self-cleaning heat exchanger is a significant operational advantage for industrial application.As expected, heat transfer coefficients were higher overall for the three-phase system than for the two-phase system. The onset of nucleate boiling was independent of heat flux and the heat transfer coefficient initially increased with increasing Reynolds number whereafter there was some deterioration of heat transfer. Visualisation of boiling heat transfer phenomena for the three-phase system is also provided which allows mechanistic explanations of the measured phenomena.In Part II of this paper, a correlation is developed, based on boiling heat transfer modelling, to describe heat transfer during boiling in a three-phase circulating fluidised bed. A flow-dependent function is added as is a boiling heat transfer enhancement factor. This correlation is validated against this experimental data and found to show agreement within about 20% and better agreement with the data than an existing correlation.