微肋阵通道内流动沸腾CHF特性

以去离子水为工质,在质量流速G为96～224 kg·m^-2·s^-1,入口过冷度为20～50℃,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临界热通量（critical heat flux,CHF）特性进行了实验研究。临界热通量是通道出口壁面干涸造成的,而出口壁面的干涸是由于流动沸腾向通道上游的反向流动。出口壁温的剧增和两相压降的剧减标志着CHF的发生。此外研究发现质量流速、入口过冷度、微肋形状等实验参数对CHF也有着很大的影响。实验结果表明：在相同的实验工况条件下,微肋片的存在大大减小了沸腾的反向流动和流动沸腾的不稳定性,微肋阵通道的CHF比光滑微通道更高,且椭圆形微肋阵的CHF最大,菱形微肋阵次之,圆形微肋阵最小;CHF随着质量流速和入口过冷度的增大而增大,但随着出口干度的增大而减小。最后将实验数据文献中的关联式进行了比较验证,结果表明该实验数据与关联式吻合良好。     

微通道内R22制冷剂流动沸腾的压降特性

为探讨热流密度对二相流动沸腾摩擦压降的影响,并结合可视化探究改变热流密度时产生压降不稳定现象的机理,文章以R22制冷剂为实验工质,在截面尺寸高×宽分别为2.0 mm×2.0 mm,2.0 mm×1.0 mm和2.0 mm×0.6 mm 3种不同矩形微通道中,进行二相沸腾传热实验。实验表明:此实验条件下,R22制冷剂在微通道内进行二相沸腾传热时,二相摩擦压降是产生压降的主要因素;二相摩擦压降随热流密度的增加而增大,而且低热流密度下增幅较快,当热流密度增加到一定程度后,二相摩擦压降增加趋势变缓;在质量通量为253.2 kg/(m2·s)的条件下,热流密度从4.5 k W/m2增加到18.1 k W/m2时,流体流型经历了局部干涸再润湿的周期性变化,这种变化过程中压降波动较大。     

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...     

微通道内低沸点工质流动沸腾压降特性

在压力为0.5～1.7 MPa,质量流量为381～2291 kg·m^-2·s^-1,干度为0～1.0的工况范围内试验研究微尺度通道内低沸点混合工质R32/R134a的流动沸腾压降性能,同时对两相流流型进行可视化观察。微尺度通道内径为1.92 mm,0.86 mm和0.5 mm相似文献   

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。     

微通道内流动沸腾不稳定性影响因素实验研究

微通道沸腾不稳定性降低设备运行性能及传热特性。设计入口集成种子汽泡发生器的三角形硅基微通道热沉。搭建同步光学可视化测量实验台。研究加热膜长度、质量流量及种子汽泡触发频率对微通道内沸腾不稳定性及传热影响。结果表明:加热膜长度和质量流量作为控制沸腾不稳定性的关键参数,加热膜长度越长或质量流量越低,沸腾起始点和临界热流密度越早发生。单相液体区域,热流密度增大,压降略微降低,温度线性升高。汽液两相区域,热流密度增大,压降迅速增大,温度呈指数式上升。触发种子汽泡作为一种主动式控制技术,沸腾不稳定性得到抑制或消除,换热得到显著增强,是一种值得推广的技术。     

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。     

5mm微肋管内R404A流动沸腾压降特性

为了给冷链用换热器小管径的可行性提供理论支持,对R404A制冷剂在5mm微肋管内流动沸腾压降特性进行了实验研究。实验工况为：饱和温度为0℃、热通量为5～25kW/m²、质量流速为200～500kg/(m²·s)、干度为0.1～0.9。研究结果表明：质量流速的提高不仅会增大摩擦压降,同时使摩擦压降随干度变化的趋势提前转变;摩擦压降受热通量的影响较小,在0.1～0.7的干度区间,摩擦压降不随热通量的增大而改变,热通量仅会使摩擦压降的拐点提前出现;与光滑管相比,微肋管内的两相流动摩擦压降较高,增大质量流速会提高摩擦压降的增量,当干度值为0.4时,增量出现极值,随后增量逐渐上升。本实验研究的数据与理论预测模型的对比显示：修正后的Kim模型能够较佳的预测本实验数据,绝对平均偏差11.54%,偏差幅度±30%以内的数据多达85.23%。     

相分离结构微细通道流动沸腾压降分析与可视化

为探究相分离结构对微细通道流动沸腾压降的影响,利用数控技术加工了相分离结构微细通道实验段。以质量分数为30%的甘油水溶液作为实验工质,在工质入口温度为70℃、质量流率为121.25kg/(m²·s)、热流密度为76.61～150.70kW/m²的工况下分析了两种(多孔/少孔)相分离结构和无排气孔的普通微细通道的压降变化,同时对通道内气泡行为进行了可视化研究,引入气相分离系数对受限气泡在通道内的生长行为进行定量分析。实验结果表明,相分离结构可以改善通道内两相总压降,在多孔、少孔和普通微细通道中,微细通道的气相转移面积越大,气相分离系数越大,通道内受限气泡长径比越小,两相总压降损失越小。此外,通过对相邻通道增加压差,调整合适的压力切换周期,可以进一步改善相分离膜的气相转移速率,减缓通道内两相总压降。     

铜基正弦波微通道内流动沸腾传热特性试验研究

基于超快激光技术加工铜基正弦波弯曲型微通道,以去离子水为流动工质,在不同质量流量和热通量条件下,对弯曲型微通道内流动沸腾特性进行试验研究。基于温度/压力数据和流动可视化结果,发现通道传热系数随出口干度增大,呈迅速增大后减小并趋于稳定趋势,正弦波微通道相较直微通道具有更好的换热性能,传热系数最大提高127.7%,压降仅增加14.4%。波状通道结构能明显抑制流动沸腾中不稳定现象发生。通过可视化试验发现,随热通量增大,流型经历泡状流-弹状流-环状流的转变,换热主导机制由核态沸腾逐渐过渡到薄液膜蒸发。     

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。     

Optimum dimensions of longitudinal rectangular fins and cylindrical pin fins with variable heat transfer coefficient

Considering a temperature dependent heat transfer coefficient, the optimum dimensions of longitudinal rectangular fins and cylindrical pin fins have been investigated analytically. Employing the parameters of fin thickness or fin diameter and tip temperatures, the optimum dimensions, heat dissipation, and efficiency of fins are obtained by Lagrange's multiplier method. It is shown that the fin efficiency of an optimum cylindrical pin fin is higher than that of an optimum rectangular fin. To facilitate the thermal design of the heat transfer components, very simple mathematical expressions for the optimum dimensions of fins are presented in this study.     

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

垂直管内高沸点工质异丙苯流动沸腾换热与阻力

对垂直管内高沸点有机工质异丙苯的流动沸腾换热与摩擦压降特性进行了实验研究,获得了换热系数与摩擦压降沿流动方向的变化情况,并与前人模型的计算值进行了比较。实验过程中质量流速为382—786 kg/(m2.s),实验工况干度为0.1—0.6,压力为0.21—0.27 MPa。通过对实验数据的回归分析,获得了换热系数与摩擦压降的计算关联式。在对复杂的非线性方程进行回归分析时,提出了一种简单的迭代分析方法。研究结果丰富了高沸点工质的流动沸腾换热数据,为石化行业中换热器的设计提供了依据,并为强化凝结换热器的开发和性能测试提供了比较基准。     

不同截面形状微肋片内流动阻力特性

以去离子水为工质,实验研究了横截面形状为圆形、椭圆及菱形的叉排微肋片组成的流道内的流动阻力特性。结果表明,3种形状肋片流道内压降随流量增大而增大。受微/小尺度下层流边界层的影响,流量较低时微肋形状对流动影响较弱,椭圆形肋片与菱形肋片内压降几乎相同,而圆形截面肋片内由于流动距离较长导致流动阻力最大;当流量较大时,椭圆形肋片内压降最小。Re较小时,长短轴一致的菱形肋片内的流动阻力系数f比椭圆形肋片略低,但在Re较高时,椭圆形肋片内的f值仍然最低。研究还表明,在现有各种关联式中,只有菱形微肋片关联计算值与本实验值较吻合。     

不同截面疏水性微肋阵内减阻特性

采用疏水液处理紫铜微肋阵表面,分别在截面为圆形、菱形和椭圆形微肋阵实验段内形成接触角分别为99.5°、119.5°和151.5°(水为工质)的疏水性表面,实验测试各个工况下流道内流动阻力和压力降,分析了不同截面形状对疏水性微肋阵内减阻特性的影响规律。结果表明,当接触角增大时,压力降变化率在微肋阵内的变化规律随截面形状的改变而发生变化;同一接触角下,椭圆形微肋阵内压力降变化率随流量增加而逐渐减小,而菱形和圆形微肋阵则先减小后保持常数。相同Reynolds数(Re)下,3种截面实验段中减阻率均随接触角的增大而增加。接触角相同时,椭圆形微肋阵内阻力系数变化因子随Re的增大而逐渐减小;菱形和圆形则先减小后保持常数,接触角为151.5°时最小阻力系数变化因子分别为50.81%和58.68%。     

加热功率对三角形微肋阵内流动与对流换热特性的影响

建立了三角形微肋阵对流换热性能测试系统, 以去离子水为工质对三角形微肋阵(d=247 μm, H=500 μm)的流动及对流换热特性进行了实验研究, 测试并得到了去离子水流经三角形微肋阵时压力降、阻力系数f及Nusselt数(Nu)等参数在不同Reynolds数(Re)及加热功率P下的变化规律, 分析了加热功率对于三角形微肋阵流动阻力及对流换热特性的影响机理。实验结果表明, Re为0~250范围内, 随加热功率增加三角形微肋阵阻力系数明显增大, 增加幅度最高可达200%以上;当Re>250时, 不同加热功率对阻力系数的影响显著减弱;而当Re>600时, 阻力系数几乎不再随加热功率增加而发生变化。当Re<250时, 随加热功率增加三角形微肋阵Nu逐渐增大, Nu增加幅度最高可达75%以上, 即加热功率增加可以强化对流换热;然而当Re>250时, 受三角形背风区旋涡演变的影响, Nu随加热功率增加而逐渐减小。     

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。     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。