水平微细管内CO2流动沸腾换热特性

对CO₂在水平微细管内流动沸腾换热进行了实验研究。实验工况：饱和温度-40～0℃,热通量5～35 kW·m^-2,质量流率200～1500 kg·m^-2·s^-1,管径1.5 mm。实验结果表明：热通量增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响,同时加快干涸发展进程,降低干涸起始干度;质量流率对于传热系数的影响较小,随着质量流率的增加干涸起始干度降低,干涸后的传热系数有所增加;饱和温度对CO₂物性的影响是造成其不同工况时换热特性差异的主要原因,饱和温度升高干涸起始干度具有降低的趋势,且干涸后传热系数下降更为剧烈。通过与理论预测模型的对比研究：Cheng模型对干涸前具有较高的预测精度,在30%误差带内预测精度达到77.1%,绝对平均偏差为20.5%,干涸后对应预测精度比与绝对平均偏差仅为22.9%与57.8%。     

CO2管内流动沸腾干涸特性研究

CO₂被认为是一种理想的替代制冷剂,具有良好的环境特性和优良的热力学特性。与传统制冷剂相比,CO₂有着十分不同的流动沸腾换热特性,过程会发生干涸将使其换热能力大幅下降。然而现有的干涸点预测公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存在偏差。所以,通过对17篇文献中搜集的4986个实验数据点进行整理,分析得出质量流率、热通量、饱和温度和管径等影响因素对干涸点的影响趋势,并将数据点按大小压力分别拟合得出了干涸点的预测公式,有90%的数据点偏差小于15%,对干涸点预测,防止传热恶化有重要意义。     

流动沸腾传热的新模型

利用矢量分析，导出一个普遍适用于流动沸腾传热系数计算的模型方程并进行了实验验证，吻合较好。作者同时探讨了流动沸腾中核沸腾项被抑制的原因并在新模型的基础上关联了抑制因子的表达式。     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg•m^-2•s^-1,热通量为3.08～6.16 kW•m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg•m^-2•s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

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。     

微细通道内CO2沸腾换热与干涸特性

CO₂作为一种天然制冷剂在微通道内应用具有很大的换热优势,然而由于微尺度效应及其物性,在低干度区容易发生干涸,严重影响换热效果。为研究微细通道内CO₂流动沸腾换热与干涸特性,搭建了相应实验装置,对内径分别为1mm、2mm、3mm以及内表面粗糙度为16μm的不锈钢管,在CO₂制冷剂热流密度2~34kW/m²、质量流率50~1350kg/(m²·s)、饱和温度-10~15℃下进行换热性能与干涸实验对比研究。结果表明:常规管径换热特性在微细通道内不再适用;热流密度的增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响,高于临界热流密度(critical heat flux,CHF)则发生干涸;质量流率对于核态沸腾区换热系数的影响则较小;不同饱和温度时换热特性有所不同,高饱和温度下换热系数随其升高而提高,低饱和温度下则相反;干涸过程对总换热系数的影响占34%。研究结论为CO₂微通道换热器的研究开发提供理论依据。     

水平微细管内CO2流动沸腾压降特性

对CO₂在内径1.5 mm水平微细管内流动沸腾换热摩擦压降特性进行了实验研究。实验工况：热通量（7.5～30 kW·m^-2）、质量流率（300～600 kg·m^-2·s^-1）、饱和温度（-40～0℃）。实验结果表明：热通量的增加对摩擦压降影响很小,几乎为零;质量流率是影响摩擦压降的最主要因素;随着饱和温度的升高摩擦压降减小;干度对摩擦压降影响主要由管内流型变化导致。将实测摩擦压降变化趋势绘制于CO₂流态图中,比较发现理论预测摩擦压降最大值落在环状流末端区域。实验过程中对各个工况管内流态进行可视化研究,理论分析所采用的流态形式与实际CO₂在微细通道内所具有的流态类型基本一致。     

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。     

水平管内R1234yf的流动沸腾换热特性

通过实验研究了环境友好型制冷剂R1234yf在内径为0.5mm的水平圆形微通道内的流动沸腾换热特性,测量了不同工况下R1234yf的沸腾换热系数（HTC）,并与传统制冷剂R134a进行了对比,分析了质量流速、热流密度和干度对换热系数变化规律的影响。实验条件为：饱和温度(17±1)℃,质量流速1000～2500kg/(m2·s),热流密度25～143kW/m2。实验结果表明：R1234yf的换热系数随着热流密度的增大而显著增大,而质量流速和干度的影响较小,核态沸腾为其主导换热机制。对比R1234yf和R134a在相同工况下的换热特性,发现两种工质的平均换热系数差别较小,并均随着热流密度增大而逐渐增加,但是R1234yf发生干涸（Dryout）时的热流密度小于R134a。将实验数据与已有文献中的核沸腾主导的经验关联式的预测结果进行了对比,得到了较好的吻合。     

CuO/R141b纳米制冷剂在管内的流动沸腾传热特性

实验研究了CuO/R141b纳米制冷剂在水平管内的流动沸腾传热特性。为了验证实验的可靠性,将纯HCFC141b流动沸腾传热的实验结果与陈民公式进行了比较,计算值与实验值绝对平均误差为7. 4%,达到实验精度要求。实验工况：质量流率为100～350 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～0.8,实验段为长1400 mm、内径10 mm、壁厚1 mm的紫铜管。分别研究了不同纳米颗粒质量分数、不同干度、不同流量的传热系数。结果表明：质量流率在120 kg·m^-2·s^-1下,CuO纳米颗粒质量分数为0.1%、0.2%和0.3%时,传热系数分别平均提高了7%、10.4%、16.6%。添加纳米颗粒,强化了管内流动沸腾换热,并且其强化程度与流量、干度和颗粒浓度有关。     

硅基微通道中周期性沸腾的光学可视化

以丙酮为工质,在三角形截面的硅基微通道内进行了微尺度沸腾传热实验研究。在对汽液两相流流型进行光学可视化测量的同时,对压力、温度等信号进行了同步动态测量。发现了周期在毫秒级的微时间尺度的周期性沸腾传热。1个完整的周期可以分成3个子过程：进液阶段,汽泡核化、增长、聚合及爆炸阶段,瞬变液膜蒸发阶段。总结出1个完整周期内所存在的4种汽液两相流流型。鉴别出了沸腾起始点。分析了沸腾传热系数随干度的变化关系,结果表明在本实验工况下：当干度小于0.4时,起主导作用的传热机制为核态沸腾;而当干度大于0.4时,起主导作用的传热机制为强制对流沸腾。     

垂直上升管内超临界CO2 流动传热特性研究

在压力为7.5～21 MPa，热通量为50～413 kW·m^-2，质量流速为519～1500 kg·m^-2·s^-1的实验参数范围内，对超临界CO₂在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明：随着热通量的增加，传热出现恶化现象，并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓，传热恶化被抑制。当传热恶化发生时，浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据，综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响，建立了新的超临界二氧化碳传热关联式，在实验工况范围内，预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。     

惰性粒子对水沸腾传热强化的实验研究

通过加入不同种类和体积分率的惰性粒子,在垂直管中进行了水的流动沸腾传热实验,研究了三相流沸腾传热特性。实验中预先对水加热,采用了沸点进料。实验发现,传热膜系数随热通量、液体流量的增加及粒子体积分率的增大而增加。对于不同粒子,这种变化趋势比较一致,但不同粒子对沸腾传热的强化效果不同。实验结果表明:由于固体粒子的存在,强化了沸腾传热,三相流沸腾传热系数是相同条件下汽液二相流沸腾传热系数的1.3—1.7倍。     

多组分流动沸腾传热研究

多组分混合物流动沸腾传热系数算式中的液相传质系数，是描述传质阻力的关键参数，但是，当前既无合适的计算方法也无经验数据，只能借用物理和化学吸收传质系数的经验值。本文给出一个简化计算方法。用此法对有机水溶液系统进行预测计算，所得传热系数与实测值比较，其平均绝对偏差为１０．７２％。     

紧凑通道内CO2/润滑油混合物沸腾换热特性研究

为了测试润滑油对二氧化碳流动沸腾换热特性的影响,对外径6 mm、内径4 mm紧凑通道内的CO₂/润滑油混合物的换热进行实验研究。实验工况为质量流量2.74～5.61 kg·h^-1,饱和温度-4～8℃,热通量3.2～5 kW·m^-2,油浓度0～6%。结果表明：润滑油浓度越大,CO₂的局部传热系数越小;含1.5%油浓度相对于无油工况下平均传热系数下降了约42.4%; 传热系数随热通量、饱和温度的升高而增加,干涸后随着质量流量的增加传热系数增加;干涸随油浓度的增加、热通量的减小、饱和温度的升高、质量流量的增加而延迟;干涸特性对传热系数有显著影响,干涸阶段占整个换热过程的35.4%。     

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。     

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。     

垂直管内三相流化床沸腾传热特性

研究了三相流化床沸腾传热的特性和影响传热系数的诸因素。在传热过程中，由于固体粒子的存在，强化了传热。以玻璃球粒子为固相的三相流化床沸腾传热系数，是相同条件下汽液两相流沸腾传热的二倍。以铜粒子为固相的三相流化床沸腾传热系数，是相同条件下汽液两相流沸腾传热系数的３倍。     

竖直微肋管内LNG流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直微肋管内液化天然气(LNG)流动沸腾传热特性,分析热通量、质量流量以及入口压力对LNG两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Kim关联式、Koyama关联式以及两种不同F_tp系数的Wellsandt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。结果表明,在整个实验工况范围内,采用Koyama关联式预测准确性最好。