制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却表面温度的快速测量

制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却已经成为激光治疗葡萄酒色斑临床手术中重要的冷却辅助手段,能够保护表皮不受激光的热损伤,提高治疗激光能量,改善治疗效果。针对制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却表面温度快速准确测量的难点,建立了制冷剂闪蒸喷雾冷却实验系统,利用磁控溅射技术直接在被测表面沉积T型薄膜热电偶,对薄膜热电偶测量瞬态表面温度技术进行了详细研究,校核了薄膜热电偶的静态温度特性和动态反应时间,对测得的温度结果进行了巴特沃斯低通滤波处理,比较了滤波截止频率和采样率对滤波结果的影响。     

R404a喷雾冷却表面传热特性的时空不均匀性

制冷剂瞬态喷雾冷却是辅助激光手术治疗皮肤病的重要手段,目前采用的R134a制冷剂不易抵消深色人种表皮中的黑色素对激光能量的大量吸收,采用沸点较低的R404a制冷剂能更有效防止表皮的热损伤。使用带膨胀腔的新型喷嘴搭建了瞬态喷雾冷却实验台,采用薄膜热电偶快速测温技术对R404a瞬态喷雾冷却表面传热特性进行了研究。结果表明,R404喷雾冷却表面传热具有时间和空间的不均匀性,然而在喷雾中心半径2 mm的中心区域内存在高热通量的均匀冷却区域。在实际激光皮肤临床手术中,参考实验结果可保证喷雾冷却对治疗范围内的表皮进行均匀冷保护。     

制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却研究进展

随着皮肤激光医学的高速发展,与之配合的表皮冷却技术日益重要,具有极大的市场应用前景。制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却（CSC）已经成为激光治疗血管性皮肤病的重要辅助冷却手段,可以有效减小黑色素吸收激光能量导致的表皮热损伤,从而提高入射激光能量、改善治疗效果。CSC涉及到低沸点高挥发性介质的闪蒸雾化、冷却表面沸腾相变传热等多相流与传热复杂科学问题,已有研究大部分是以实验的方式进行。本文从闪蒸喷雾机理、闪蒸喷雾特性、表面动态传热规律与传热强化4个方面对CSC在近二十年的研究进展进行综述,对比分析了典型研究方法与研究结果,并对其影响因素进行了探讨,使用更低沸点的新制冷剂与背压/距离耦合的喷雾新技术可以极大提高冷却能力。最后,指出了当前研究的难点以及后续研究方向。     

制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却研究进展

随着皮肤激光医学的高速发展,与之配合的表皮冷却技术日益重要,具有极大的市场应用前景。制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却(CSC)已经成为激光治疗血管性皮肤病的重要辅助冷却手段,可以有效减小黑色素吸收激光能量导致的表皮热损伤,从而提高入射激光能量、改善治疗效果。CSC涉及到低沸点高挥发性介质的闪蒸雾化、冷却表面沸腾相变传热等多相流与传热复杂科学问题,已有研究大部分是以实验的方式进行。本文从闪蒸喷雾机理、闪蒸喷雾特性、表面动态传热规律与传热强化4个方面对CSC在近二十年的研究进展进行综述,对比分析了典型研究方法与研究结果,并对其影响因素进行了探讨,使用更低沸点的新制冷剂与背压/距离耦合的喷雾新技术可以极大提高冷却能力。最后,指出了当前研究的难点以及后续研究方向。     

R1234yf瞬态喷雾冷却及过热度影响的实验研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是临床激光治疗的重要辅助手段。当前临床应用及实验研究均采用R134a或R404A进行喷雾冷却,但这两种制冷剂具有极高的温室效应潜能（GWP）值,对环境产生严重威胁。以热物性与R134a相似、而GWP值仅为4的R1234yf作为喷雾冷却的替代制冷剂,对其临床应用进行了探索性研究。表面传热的研究结果显示R1234f的冷却能力略低于R134a与R404A。通过降低制冷剂过热度的方式,可以有效提高喷雾集中程度,在保证闪蒸雾化的前提下显著提高表面热通量,提高R1234yf喷雾临床应用的可行性。     

R1234yf瞬态喷雾冷却及过热度影响的实验研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是临床激光治疗的重要辅助手段。当前临床应用及实验研究均采用R134a或R404A进行喷雾冷却,但这两种制冷剂具有极高的温室效应潜能(GWP)值,对环境产生严重威胁。以热物性与R134a相似、而GWP值仅为4的R1234yf作为喷雾冷却的替代制冷剂,对其临床应用进行了探索性研究。表面传热的研究结果显示R1234f的冷却能力略低于R134a与R404A。通过降低制冷剂过热度的方式,可以有效提高喷雾集中程度,在保证闪蒸雾化的前提下显著提高表面热通量,提高R1234yf喷雾临床应用的可行性。     

制冷剂瞬态喷雾冷却表面传热特性

喷雾冷却在工业工程中应用广泛,其表面相变传热过程非常复杂,需要开展深入研究揭示其机理与规律。以R134a、R407C及R404A制冷剂为工质开展瞬态喷雾冷却表面相变传热特性实验研究,提出了表征冷却表面内部导热阻力与喷雾表面对流传热阻力之比的喷雾Biot数,以及表征瞬态喷雾冷却最大热通量及其出现时刻的量纲1 Reynolds数Re_l和Fourier数Fo_l。将Jakob数Ja与Re_l及液滴Weber数We关联,提出了最大热通量及其出现时刻的通用量纲1关联式。发现不同制冷剂的瞬态喷雾冷却过程具有相似性,得到了热通量随时间变化的量纲1关联式。利用上述关联式对喷雾表面瞬态温度进行模拟,结果与实验结果吻合较好,证明了关联式的准确性。     

制冷剂瞬态喷雾冷却表面传热特性

喷雾冷却在工业工程中应用广泛,其表面相变传热过程非常复杂,需要开展深入研究揭示其机理与规律。以R134a、R407C及R404A制冷剂为工质开展瞬态喷雾冷却表面相变传热特性实验研究,提出了表征冷却表面内部导热阻力与喷雾表面对流传热阻力之比的喷雾Biot数,以及表征瞬态喷雾冷却最大热通量及其出现时刻的量纲1 Reynolds数Rel和Fourier数Fol。将Jakob数Ja与Rel及液滴Weber数We关联,提出了最大热通量及其出现时刻的通用量纲1关联式。发现不同制冷剂的瞬态喷雾冷却过程具有相似性,得到了热通量随时间变化的量纲1关联式。利用上述关联式对喷雾表面瞬态温度进行模拟,结果与实验结果吻合较好,证明了关联式的准确性。     

RESS法制备微细颗粒的喷嘴内流动特性的数值模拟

为了对RESS法制备微细颗粒过程中喷嘴内流体规律进行研究,通过对超临界流体快速膨胀法（rapid expansion of supercritical solution,RESS）流动过程的研究与分析,建立了喷嘴内超临界流体流动数学模型。对喷嘴内流场和温度场进行研究,考察了预膨胀压力、预膨胀温度、长径比等操作参数对RESS过程的影响,模拟结果表明,喷嘴内部的密度曲线在喷嘴入口段,几乎没有发生变化,而在直管段和出口膨胀段超临界流体密度发生急剧下降;随着长径比的增大,喷嘴内密度曲线变陡;随着长径比的增大,喷嘴出口处流体的温度都变小,过饱和度变大,结晶颗粒使得更为细小。该模型和模拟过程能够为实现制备均一微细颗粒的实际操作条件和优化过程参数奠定基础。     

多级喷雾闪蒸海水淡化系统性能分析及响应面优化研究

喷雾闪蒸技术因其能耗低、分离效果好、冷却能力高的特点成为解决淡水资源紧缺的有效方法之一。在喷雾辅助低温脱盐技术的基础上,展开系统内部热和质量平衡的热力学计算,研究喷雾闪蒸系统运行级数和顶值盐水温度对闪蒸效果的影响。研究结果表明,更高的顶值盐水温度可以显著提高生产效率,当顶值盐水温度为363 K时,生产率为3.325 kg/s,性能比为0.627。采用响应面法对喷雾闪蒸系统进行优化,确定系统的最佳运行条件以及各响应的模型关系,获得系统淡化的最佳参数：顶值盐水温度343 K,海水进口流量10 kg/s,冷却水进口温度303 K,冷却水进口流量9.5 kg/s。     

R134a闪蒸喷雾过程中喷管内流动形态对喷雾特性的影响

闪蒸喷雾过程中喷管内流动状态对喷雾形态及雾化效果具有重要的影响。为了观察喷管内流动状态及其对应的喷雾形态,使用高速相机对不同喷射压力条件下制冷剂R134a在石英玻璃直喷管中的流动状态及喷雾形态进行可视化研究,同时分析不同喷射压力条件下喷雾半径的动态变化情况。研究发现,喷管内的气化可以促进喷管出口处喷雾半径的迅速扩大,但同时限制了喷雾半径在喷雾过程中的进一步发展。喷管内流动状态在一定喷射压力下具有极强的不稳定性,在喷管内形成均匀的泡状流有利于形成均匀、稳定的喷雾形态。     

Crossflow evaporating sprays in gas-solid flows: Effect of aspect ratio of rectangular nozzles

Many industrial applications of rapidly evaporating sprays in gas-solid suspensions involve the use of rectangular spray nozzles and crossflow spray injection. This paper presents a numerical study on the effects of aspect ratio of rectangular nozzles on the spray characteristics and phase interactions in such spray-gas-solid three-phase flows. The gas-solid flow is simulated via Eulerian two-fluid modeling and the spray is tracked via Lagrangian trajectory approach. Our study shows that the effect of aspect ratio has a significant impact on the penetration length and trajectories of the spray jet under the same flow conditions. The vertically oriented rectangular nozzles (i.e., nozzles with aspect ratios less than unity) have deeper penetration than the horizontally oriented ones (i.e., nozzles with aspect ratios more than unity) with the same nozzle injection area whereas the effect of aspect ratio has little impact on the spray deflection. The spray cross-section maintains the rectangular shape that expands basically following the original fan angle of the nozzle jet. The simulation also shows some strong phase interactions caused by the rapid spray evaporation, such as the formation of a dense layer of solids around the spray from the compression effect of vapor expansion and rigid wall of gas-solids flow chamber and the existence of a large diluted solids region in the vicinity of downstream of nozzle from the combined effects of evaporation and vapor crossflow convection.     

系统压力影响下的喷雾冷却特性及温度均匀性

喷雾冷却是一种新型的高热通量换热方式。对以水为工质的封闭式喷雾冷却进行了实验研究,并结合实验现象对不同系统压力下喷雾冷却的换热特性及表面温度不均匀性进行了分析,并给出了相应的量纲1压力换热关联式。实验结果显示:由于系统压力较低,喷雾工质在较低的温度下进入两相区,其换热能力远远高于常压下的换热能力,且换热性能随系统压力减小呈指数性增大关系;在实验条件中,可以实现在85℃的平均壁面温度下,热通量达到360W.cm-2;低压下喷雾冷却被冷却壁面的温度不均匀性小于常压下温度不均匀性。     

A Photographic Study of Flash-Boiling Atomization

To gain an insight into the mechanisms of flash-boiling atomization, heated water was injected from a single-hole orifice into heated air (steady injections, liquid pressure 697 kPa, air pressure ambient, test temperatures from 300 to 426 K, orifice diameter 0.34 mm, length 1.37 mm). The breakup regime of interest in the study was that where the spray divergence starts at the nozzle exit. Short-duration backlit photographs and laser diffraction dropsize measurements showed that these flashing jets comprise an inner intact core which is surrounded by the diverging fine spray. These details about the spray structure are not visible in conventional photographs of flashing sprays that use scattered light illumination. The present results cast doubt on a previously proposed theory of flash-boiling atomization that attributes the divergence of the spray cone to the expansion processes that occur in an underex-panded compressible flow, since that theory implies that the liquid is already atomized upon leaving the nozzle. Instead, the photographs show that drops are expelled from the unbroken liquid jet starting at the nozzle exit (presumably by rapid vapor bubble growth within the jet). The core region remains intact for some distance downstream of the nozzle exit, and its breakup eventually produces relatively large drops. As the liquid temperature approaches boiling, the intact length and the core drop size decrease. Thus operation close to boiling is desirable for effective atomization. However, the nozzle mass flow rate decreases and practical difficulties are found (owing to “vapor-lock”) as the liquid is heated near boiling.     

蒸发式冷凝器管外水膜流动实验研究

研究蒸发式冷凝器传热传质性能时,涉及到管外喷淋水在管表面的分布形式和喷淋水与空气间的对流传热传质等问题。文内建立了蒸发式冷凝器管外水膜流动的可视化测试实验平台,采用高速摄像仪分析了喷嘴对管外水膜分布的影响,同时测试了时间、风量、水量、高度等参数对水膜温度分布的影响。结果表明,喷嘴B能获得更好的水膜分布效果,蒸发式冷凝器有一个最佳喷淋水量,其换热过程主要是由循环冷却水的显热换热和蒸发换热交替占主导作用构成的,在稳定操作条件下运行一段时间后水盘中的水温能保持较好的恒定。     

表面温度测量方式对喷雾冷却表面传热特性的影响

喷雾冷却在工业过程中应用广泛,制冷剂喷雾是激光皮肤手术中实施表皮冷保护的必要手段。为提高冷却效率,需要通过表面温度的测量反推表面传热特性。为探索不同表面温度测量方式对实验结果的影响,搭建了瞬态喷雾冷却实验台,分别使用磁控溅射薄膜热电偶（TFTC）、丝状热电偶（FTC）和片状热电偶（STC）研究了R404A制冷剂喷雾环氧树脂表面传热特性的差异。实验结果表明,磁控溅射薄膜热电偶（TFTC）热响应性能最佳,能准确及时地反映表面温度的瞬态变化且可与热通量变化准确对应。丝状热电偶（FTC）和片状热电偶（STC）属于间接测温,温度变化存在明显滞后,影响热通量、对流传热系数等表面传热特性的精确分析。薄膜溅射热电偶测温是准确研究瞬态喷雾冷却表面传热过程的可靠手段,可为临床治疗提供理论指导。