真空条件下压力对LiCl溶液沸腾特性的影响

在真空再生沸腾特性测试实验台上,对水和质量分数为30%—34%的LiCl溶液在压力为4—10 kPa条件下进行实验研究,得到了LiCl溶液的沸点、沸腾热流密度和沸腾表面传热系数在不同压力下的变化曲线,分析了真空条件下,再生压力的变化对LiCl溶液沸腾特性的影响。结果表明:随着压力的增大,溶液的沸点升高;对于同一种质量分数的溶液,压力越高,溶液的表面传热系数越大,而压力的变化对溶液的沸腾热流密度系数影响不大;沸腾温差越大,溶液的沸腾热流密度和表面传热系数越大,再生效率越高。     

高热流条件下过冷沸腾流动阻力特性试验研究

过冷沸腾在高热流冷却场合得到了广泛的应用,如聚变堆偏滤器冷却、压水堆堆芯冷却。其中,过冷沸腾流动阻力是换热系统设计的关键内容之一。试验研究了高热流条件下竖直通道内水的过冷沸腾流动阻力特性,试验段为内径6 mm、长径比44.4的不锈钢圆管。试验参数范围：热通量7.5~12.5 MW/m²,质量流速6000~10000 kg/(m²?s）,系统压力3~5 MPa,进口流体温度80~200℃。分析了质量流速、热通量、压力、沸腾数、Jacob数等参数对阻力的影响。结果显示,过冷沸腾流动阻力随着热流及质量流速的增加而增加,随压力增加而减小。将试验数据与文献中的经验关联式作对比,结果表明各关联式的预测误差较大,主要归结于拟合参数及工作流体的差异。研究发现管径尺寸效应也是影响阻力的一个因素,为此在前期成果的基础上,提出了一个添加管径因素修正项的经验关联式,该关联式的预测误差在±18%范围内。     

低压条件下纳米流体的沸腾换热特性

在不同低压压力和不同纳米流体浓度下对光滑传热面上的水基纳米流体的池内沸腾特性进行了试验研究.纳米流体由平均直径50 nm的氧化铜粒子加入去离子水中组成,没有加入任何添加剂.研究主要针对7.2 kPa到100kPa的压力区间和0.1%到2%的质量浓度区间内压力和颗粒浓度对光滑表面沸腾换热特性的影响,研究结果表明:压力对纳米流体的沸腾换热特性有强烈影响,沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)强化率随着压力的降低而大幅度增加.纳米流体浓度对沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)有重要影响,并且在质量浓度约1%附近存在一个最佳颗粒浓度.研究结果显示由与去离子水相比,质量分数为1%,压力为7.2 kPa的纳米流体在光滑表面上的沸腾换热系数和临界热流密度都得到了显著提高.     

液氮过冷沸腾壁面换热特性的数值研究

应用计算流体力学(CFD)研究手段,对液氮过冷沸腾过程进行了模拟。系统分析了过冷沸腾壁面换热过程中存在的各传热模式,得到3部分热流沿管长的分布规律。计算结果表明,在过冷沸腾后期,蒸发热流成为壁面换热的主要模式。同时,就壁面热流密度的变化对3部分热流的影响进行了分析。随着壁面热流的增加,过冷沸腾出口处淬火热流和对流热流将减小,只有蒸发热流增大,且所占总热流份额绝对占优,壁面热流的增加促进了沸腾换热。     

竖直圆管内液氮流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直圆管内液氮流动沸腾传热特性,分析壁面温度、流体温度、干度以及传热系数沿实验段管程的变化规律,考察热通量、质量流量和入口压力对液氮两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Chen、Klimenko、Shah以及Liu-Winterton关联式对传热系数进行预测,并将实验结果与预测结果进行比较,对不同传热系数区间内的相对误差进行了计算、分析,以评估实验工况范围内各关联式的准确性。结果表明,在传热系数较大的情况下,4个关联式的预测值普遍低于实验值,在整个实验工况范围内,采用Klimenko关联式预测时误差最小。     

非均匀受热条件下螺旋管内流动沸腾换热特性

目前对螺旋管在其管外表面均匀受热,管内两相流动换热的研究已十分丰富;但是在其管外表面非均匀受热条件下,管内两相流动沸腾换热特性的研究鲜有报道。为了解决螺旋管在实际运用中遇到的非均匀受热问题、得到其换热特性,本文采用了实验的方法研究了卧式螺旋管周向非均匀受热条件下管内流动沸腾换热特性。其中实验工况范围为系统压力P=0.7~1.0MPa,质量流速G=181~364kg/(m²·s),质量干度χ=0.07~0.69。实验考察了螺旋管管外壁在两种非均匀受热条件下管内的两相流动沸腾换热系数与热流密度、质量流速、质量干度的关系,并与管周向均匀受热工况进行了比较。结果表明,在螺旋管外壁面“外半周绝热、内半周受热”情况下管内流动沸腾换热系数值最大,而管外壁面“内半周绝热、外半周受热”情况下最小。     

浓盐水低压沸腾传热特性的实验研究

在现代社会中,低温多效蒸发是一种有效的海水淡化方法。在低温多效蒸发海水淡化过程中,操作压力和浓缩海水中NaCl浓度是影响传热效率的重要因素。为了系统地研究操作压力和浓度对于盐水沸腾传热特性的影响,在不同的操作压力下,测定了质量分数为0%～25%的NaCl溶液在光滑的不锈钢管外的沸腾传热特性。实验结果表明,在常压下,NaCl的浓度对沸腾传热的影响不大;在低压条件下,随着NaCl浓度的增加,沸腾传热系数增大。纯水和3.5%盐水的传热系数随系统压力的升高而增大;盐水浓度为7%和15%时,沸腾传热系数随系统压力的升高先降低后又升高;NaCl的浓度达到25%时,传热系数随压力的升高而减小。这说明操作压力和浓度二者之间存在着相互制约的关系。     

亲疏水性对泡沫金属池沸腾换热特性的影响

随着航空飞机和航天器不断向高性能发展,热控制系统的紧凑性和散热效率亟需提高。泡沫金属具有超大的比表面积和高热导率,在航空航天热控制领域具有良好的应用前景。对亲水性和疏水改性泡沫金属内的池沸腾换热特性进行了试验研究,并与未改性泡沫金属进行对比,得出了亲疏水性对不同孔密度和孔隙率泡沫金属池沸腾换热特性的影响规律。测试样件为泡沫铜,孔密度为5、20和40 PPI,孔隙率为85%和95%。结果表明,疏水改性可使泡沫金属内池沸腾的起始过热度降低20%～30%;疏水改性泡沫金属和亲水改性泡沫金属分别在低热通量（q<4×10⁵ W/m²）和高热通量（q≥4×10⁵ W/m²）条件下具有最佳的沸腾换热性能;表面改性对于低孔隙率泡沫金属内池沸腾强化换热效果更加显著,且亲水改性的强化效果优于疏水改性。     

纳米微粒及其分散剂对溴化锂溶液表面张力和沸腾温度的影响

在纯溴化锂溶液中加入纳米微粒或分散剂,对比测试其与纯溴化锂溶液的表面张力和沸腾温度的数据,并从所用分散剂的分子结构和纳米微粒的尺寸及外部轮廓的角度出发,定性推测不同种类分散剂及纳米微粒对溴化锂溶液表面张力和沸腾温度的影响.试验发现,添加分散剂溶液的表面张力明显降低,其沸腾温度也相应减小;固体纳米微粒因其填充加热表面凹坑使溶液的沸腾温度有所升高.对于加入纳米微粒及其分散剂的溴化锂溶液,溶液表面张力衰减的正效应因素和纳米微粒填充凹坑的负效应因素的耦合影响将对其沸腾温度产生重要影响.     

真空扩散焊对铝合金负极性能的影响

研究了真空扩散焊接对铝合金负极性能的影响.主要考察了扩散焊接后,铝合金的硬度和自腐蚀速率及其在碱性溶液中的极化性能变化,同时对铝合金负极的电性能进行了测试.实验结果表明经过扩散焊接后,铝合金负极的硬度降低,自腐蚀速率增大,但单体电池的电性能提高.     

Pool boiling heat transfer to saturated water and refrigerant 113

Pool boiling heat transfer coefficients were measured for saturated water at atmospheric pressure and for saturated refrigerant Rl13 at 102 kPa and 341 kPa. The measured heat transfer coefficients were compared with values found by other researchers and with the predictions of correlations from the literature. Bubble departure diameter, bubble frequency and nucleation site density were recorded for each experiment. A pool boiling model recently developed by Blöchl and Bier is described and limitations of the model are discussed.     

流动沸腾核态抑制的实验研究

通过对水在垂直矩形通道内的流动沸腾实验,研究了流动沸腾核态抑制的规律,确定了不同流动沸腾区域的分布。沸腾抑制点参数,可以用空穴最大和最小半径的比值表示(rmax/rmin)sup,描述不同的流动沸腾状态。当最大空穴半径趋近于最小空穴半径时,活化核心密度减小,核态沸腾受到抑制。最大空穴半径的变化是决定流动沸腾抑制点参数的主因。流动沸腾的3个状态分布如下:(rmax/rmin)sup<40,对流沸腾状态;40≤(rmax/rmin)sup≤120,不确定状态;(rmax/rmin)sup>120,核态沸腾状态。     

Nucleation site density in pool boiling of binary mixtures: Effect of surface micro-roughness and surface and liquid physical properties

The nucleation site density (N/A) during pool boiling of binary mixtures has been experimentally examined in terms of the heating surface physical properties, the liquid physical properties, the vapour liquid equilibria and the surface micro-roughness. The liquid mixtures used were acetone - carbon tetrachloride and n-hexane - carbon tetrachloride. A parameter R_a, to characterize the micro-roughness of the heating surface was defined as the average value of the peaks and valleys on the surface. The study shows that while at low R_a, values the physical properties of the liquid and the binary composition are not as important as the surface roughness; at higher R_a values the liquid properties and composition are also important. A correlation based on the present data has been proposed.     

An analysis of laminar forced convection film boiling

A study of forced convection film boiling on a horizontal isothermal plate is made using a treatment based on boundary layer theory. For the vapour, the velocity and temperature distributions are obtained from equations of motion and energy. For the liquid layer, the Howarth approximation for flow over a plate is used. Then, by employing interface matching conditions, the significance of the rhμ ratio between the vapour and the liquid on the variation of Nusselt number is examined.     

常见液体除湿剂池内核态沸腾换热特性

溶液除湿剂的沸腾式再生能够降低除湿空调对室外环境的依赖性,而溶液的沸腾特性的研究对沸腾再生器的设计有重要意义。针对3种常规除湿溶液及一种配方型除湿剂的池内核态沸腾特性展开实验研究。研究发现:3种溶液的沸腾温度均随着浓度的增加而升高;3种溶液的沸腾传热系数均低于水,并随浓度的增加而降低,但是当浓度增大到极限时,溶液中有小颗粒析出,其传热系数却提高。相近传质能力条件下,溴化锂溶液与氯化钙溶液的沸腾换热性能优于氯化锂溶液;在氯化锂溶液中添加一定量的氯化钙溶液能够优化氯化锂溶液的沸腾换热性能。     

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。     

全氟烷基表面活性剂强化池沸腾换热

针对不同浓度的全氟烷基碘化物（Le-134）水溶液进行了核态池沸腾换热实验研究。首先对Le-134的界面吸附特性及在紫铜表面的润湿性进行了研究。结果表明,其静态表面张力随浓度增大而减小,动态表面张力下降速度随浓度增加而加快,在超过临界胶束浓度（critical micelle concentration,CMC）的较高浓度下（≥40mg/L）,10s以内溶液表面张力即降低到20mN/m以下。Le-134水溶液在紫铜表面接触角随浓度增加而减小,在300mg/L时接触角仅为21°,具有良好的润湿性。沸腾过程与去离子水相比,Le-134水溶液产生的汽泡数量明显增多,汽泡尺寸减小,汽泡合并现象减少。结果表明,Le-134的添加可以有效强化池沸腾换热,同热流密度下随浓度增大强化效果越显著;同浓度下,随热流密度增大强化效果有所减弱。在10W/cm²下,300mg/L的Le-134相对去离子水工况强化效果最明显,沸腾表面过热度减少49.3%,沸腾换热系数增加109.1%。     

Forced convection subcooled boiling of binary mixtures

A mode based on an additive mechanism of heat transfer is proposed for forced convection subcooled boiling of binary mixtures. The contributing modes of heat transfer are: (i) the heat transferred as latent heat by the rising bubbles, (ii) the heat transferred as the heat contained in the superheated thermal layer that is removed from the surface in the wake of the rising bubbles and (iii) the single phase forced convection heat transfer from the heating surface not influenced by the bubbles. Experimental data from the literature on binary systems show good agreement with the model, validating the postulated mechanism.