微通道和小通道内流动沸腾换热的研究

介绍了小通道、微通道内流动沸腾换热机理的最新进展，其中包括国内外学者对各种形状的单通道小通道内流动沸腾现象的解释及其对换热系数影响的各种不同看法，以及微通道内流动沸腾换热现象研究的概况；还介绍了小通道和微通道内流型转变的研究现状，指出了各研究者研究结果的差异，并提出要进一步探索小通道微通道内流动沸腾换热现象，必须借助更先进的观测手段等。     

微通道内流动沸腾特性研究

对国内外微通道流动和换热的研究实验作了总结,阐述了影响微通道换热系数的因素,如热流密度、过热度和干度等.对去离子水在内径为0.65 mm、长为102 mm的圆形管道内流动沸腾换热进行了实验研究,得到了局部换热系数随干度的变化关系,进而根据换热系数的变化趋势讨论了饱和流动沸腾区微通道内主导的换热机制.结果表明:从换热系数随干度的变化关系很难判定主导的换热机制;将实验数据与已发表的预测关联式进行了比较,发现大多关联式都失效,说明基于常规理论的模型不再适用于微通道.     

窄通道内流动沸腾强化换热研究进展

窄通道具有结构紧凑、传热效率高等优点。随着科技发展,窄通道已经成为强化换热的常用结构形式之一,被广泛应用于各种换热设备。由于窄通道内间隙内气泡的尺寸受限,气泡在发展过程中会受到挤压而发生变形,带走大量的潜热,引起汽液界面的扰动,换热性能较常规通道有很大区别。本文综述了窄通道内的主要流型及转变准则;介绍了几何与工况参数变化对窄通道内换热效果影响的传热实验研究;分析了窄通道中传热机理以及两相摩擦压降机理,并对关联式进行了总结与评述;对窄通道内强化换热的机理与进一步强化换热的方法进行归纳总结;结合目前实验与理论研究总结了现存问题,为窄通道内流动沸腾强化换热的进一步研究提供了参考。     

多孔微通道流动沸腾换热特性的实验研究

本文通过实验的方法对烧结的多孔微通道和铜基微通道的沸腾换热性能和流动不稳定进行研究.实验工质选用去离子水,采用的铜粉粒径分别为30μm、50μm、90 μm,烧结底厚为200 μm和400 μm.采取控制变量的方式,研究改变入口温度、铜粉粒径大小、入口流量对多孔微通道和铜基微通道换热性能的影响.研究表明:多孔微通道最优的厚度粒径比在2～5之间,在此区间的多孔微通道可以提高沸腾传热的性能.其中厚度粒径比为2和4的多孔微通道的最大换热系数是铜基微通道的换热系数的5倍.多孔微通道相对于铜基微通道有更好的换热能力,有着较低的壁面温度.     

微小通道内流动沸腾压降特性实验研究

通过对矩形微小通道中流动沸腾的实验,讨论了通道压降的稳态与动态特征及稳定域判别方法;对不同实验工况下压降时序进行频域分析,提出微小通道压降振荡的产生主要源于汽泡产生、传输及微小通道与入口可压缩空间或柔性空间的耦合;此外,基于AR(自回归)模型对系统实验段压降振荡进行实验建模,结果表明,较大流量时受限变形汽泡流与环状流出现时压降振荡相对较稳定;小流量时,压降不稳定性情况比较复杂,容易形成不稳定区域。     

微/小通道内沸腾换热研究综述

微／小通道紧凑式蒸发器的应用越来越广泛,对其换热特性的深刻认识和进一步研究已成为当前亟待解决的课题,而目前涉及微／小尺度通道内沸腾换热特性和流动方面的研究尚处于起步阶段：本文介绍了近年来国内外微／小通道内沸腾换热方面的研究状况,并指出了该研究领域有待于深入开展研究的内容。     

微通道内液体流动和传热研究进展

随着尺度的微细化,微通道内液体的流动和传热出现了不同于常规尺度的现象。液体流动的Re、传热Nu和摩擦常数C等都出现了新的变化规律。许多在常规尺度下不重要的因素如黏性耗散、轴向热传导和表面浸润性等都开始变的突出。研究流体在微通道的流动和传热规律,具有重要的现实意义。对微通道内液体的流动和传热研究进行了总结,尤其是对微通道内液体的黏性耗散进行了详细的分析。     

波动加热下微通道流动沸腾的格子Boltzmann模拟

为研究通道内的流型演变,采用单组分多相格子玻尔兹曼模型模拟波动加热下二维微通道内的流动沸腾。通过速度分析解与半经验公式分别验证模型流场和温度场的准确性。探究雷诺数(4.5≤Re≤9.0)和温度分布(0.01≤A≤0.03)对传热和流型的影响,分析薄液膜和温度梯度的作用机制,揭示微通道流动沸腾的传热机理。模拟结果表明通道内流型将从泡状流、塞状流,变成拉长气泡流、环状流。雷诺数减小时,气液相变速率加快、薄液膜厚度减小,进而增强换热。随着雷诺数减小,加热壁面上热流密度的峰值点向上游转移。马兰戈尼对流(Marangoni convection)的出现导致薄液膜厚度增加,从而换热效果随着温度分布波动性的增大而受到削弱。     

3×3棒束通道内低速流动沸腾传热特性的实验研究

以去离子水为实验介质,在入口温度为80~100℃、质量流速为0~100kg/(m2·s)、入口压力为0.1 MPa的参数范围内,对棒束通道内流动沸腾传热特性进行了实验研究,分析了质量流速和热流密度对流动沸腾传热系数的影响,考察不同子通道内的传热特性.根据实验工况选取了Liu-Winterton关系式、Kandlikar关系式、Gungor-Winterton关系式和Chen关系式对棒束通道内的流动沸腾传热系数进行预测,将实验结果与预测结果进行比较,并对4个关系式的预测结果进行统计评估.结果表明:Liu-Winterton关系式、Kandlikar关系式和Chen关系式的预测结果偏小,其中Chen关系式的预测结果误差最大,Gungor-Winterton关系式的预测结果更加准确.     

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。     

常压下狭缝流动沸腾传热的研究

以蒸馏水为工质，在常压下，对间隙为1mm的环形狭缝通道中的流动传热进行了实验研究。分别将狭缝通道中的单相强制对流和过冷沸腾的实验数据与传统的Dittus-Boelter型关系式的计算结果进行了比较。通过分析狭缝通道中流动沸腾的传热特性认为，过冷沸腾传热比单相强制对流传热加强；质量流速对狭缝通道中的流动沸腾传热有较大影响。     

Investigation on the characteristics of boiling heat transfer through narrow annular channels

Factors concerning the characteristics of boiling heat transfer are analyzed theoretically. Based on the experimental data of boiling heat transfer through annular channels with the gaps of 1–2 mm, three correlations which will be used to calculate the heat transfer in the similar conditions are given. The results obtained from these correlations are compared with experimental data. The main factors having influence on boiling heat transfer through narrow channels, and the desirable correlation are determined. This correlation can be used to predict the flow boiling heat transfer within the range of this experiment. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 34(2): 78–84, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.20049     

竖直矩形窄缝两相同向分相流动沸腾传热模型

首次对竖直矩形窄缝内的汽液分相流动区提出一维两相同向分相流动沸腾传热模型 ,并进行了数值计算 ,得到不同质量流速下液膜厚度变化和沸腾传热系数等结果。沸腾传热系数的模型预测值初步与已有实验关联式进行了比较 ,两者基本吻合 ,偏差在± 1 4% ;从而证实了液膜导热是竖直矩形窄缝内汽液分相流动区沸腾传热的主导机理。     

Flow boiling heat transfer in circulating fluidized bed

In order to enhance heat transfer and mitigate contamination in the boiling processes, a new type of vapor-liquid-solid (3-phase) circulating fluidized bed boiling system has been designed, combining a circulating fluidized bed with boiling heat transfer. Experimental results show an enhancement of the boiling curve. Flow visualization studies concerning flow hydrodynamics within the riser column are also conducted whose results are presented and discussed.     

垂直矩形窄缝内的过冷流动沸腾换热性能

用高速摄像等方法研究了有压模化介质在单一垂直矩形窄缝流道内的气泡形态和传热情况 ,发现窄缝流动沸腾换热强化的原因在于流道尺寸较小 ,气泡的形状发生变化 ,增加了界面体积浓度 ,并强化了对加热面附近的扰动 ,使换热有所强化。通过与实际测量的壁温数据进行比较 ,发现用于计算大流道和池过冷沸腾换热的 Rohsenow关系式预测窄流道内高热流密度下的过冷流动沸腾换热的误差不大 ,但对于较低热流密度下的过冷流动沸腾时误差较大 ;通过最小二乘法对 Rohsenow关系式进行修正后 ,误差低于± 2 5 %。     

Subcooled flow boiling heat transfer in narrow passages

Subcooled flow boiling heat transfer coefficients for refrigerants R11 and HCFC123 in smooth copper tubes of small diameter have been investigated experimentally. The parameter ranges examined are: tube diameters of 0.92 and 1.95 mm; heat fluxes 11-170 kW m⁻²; mass fluxes 110-1840 kg m⁻² s⁻¹. The range of liquid Reynolds numbers encompassed by the data set is 450 to 12,000.The data in the subcooled and saturated regions are well represented by the simple addition of convective and nucleate boiling heat transfer contributions

     

狭缝中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的实验研究

以间隙为1．0mm和1．5mm的环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据为基础，分析了影响过冷沸腾起始点热负荷的主要因素，给出了计算环形狭缝通道中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的经验关联式，并将计算结果与实验值进行了比较。该关联式可以用来预测实验范围内的过冷沸腾起始点的热负荷。     

Flow boiling heat transfer in circulating fluidized bed

In order to enhance heat transfer and mitigate contamination in the boiling processes, a new type of vapor-liquid-solid (3-phase) circulating fluidized bed boiling system has been designed, combining a circulating fluidized bed with boiling heat transfer. Experimental results show an enhancement of the boiling curve. Flow visualization studies concerning flow hydrodynamics within the riser column are also conducted whose results are presented and discussed.