两相闭式热虹吸管冷凝换热规律的实验研究

本文通过可视化热虹吸管实验,拍摄了冷凝段内部冷凝液的各种基本流型和特殊流型,设计了试验用多节风冷热虹吸管以及相应的风道系统。采用自行组装的高精度微机控制的测试系统测量温度,对不同工质(水、乙醇、丙酮、氟里昂-11)热虹吸管进行了不同工况的实验。获得了各种工程实际工况下的冷凝换热系数,还获得了冷凝换热系数随热流密度、蒸汽压力变化的规律以及沿2.5米长冷凝面长度上的变化规律。实验结果表明,热虹吸管的冷凝换热系数在很大范围内偏离努塞尔特理论解。本文结合可视化实验,对其进行了分析。     

基于滴膜共存理论热虹吸管冷凝段传热模型

引入滴膜共存冷凝传热理论分析管内存在滴状冷凝的热虹吸管冷凝段传热,将热虹吸管冷凝段传热表示为滴状区和膜状区传热之和建立传热模型。滴状区,以Rose冷凝传热模型计算单个液滴的传热,基于随机分形理论建立了液滴的空间和尺度分布函数,进而求解整个滴状区的热通量。膜状区,根据Nusselt竖壁层流膜状凝结理论进行热通量的计算。通过沟流级别计算滴状区和膜状区的面积比率,从而建立滴膜共存冷凝传热模型。传热模型计算结果与实验结果较为吻合,能够反应热管冷凝段传热本质。     

Ni-P化学镀层表面实现滴状冷凝传热

为了探索能实现滴状冷凝传热的表面制备技术,采用化学镀技术在碳钢表面制备非晶态Ni-P化学镀层,对其冷凝传热性能进行了实验研究。结果表明,Ni-P化学镀层表面常压水蒸气下实现了完全的滴状冷凝传热,表面热通量和传热系数均比膜状冷凝Nusselt理论计算结果提高了3～5倍。同时发现,镀层的非晶态是实现滴状冷凝传热形态的主要原因,经过热处理晶化后,表面形成的是滴膜共存的冷凝传热形态,冷凝传热强化效果显著降低。     

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 ,但表面过冷度随蒸气温度增加呈弱增加趋势     

两相闭式热虹吸管的强化传热

在两相闭式热虹吸管的沸腾段与冷凝段中分别插入内管形成新型结构.直观考察和传热实验表明,新结构的两相闭式热虹吸管操作稳定、传热系数高.本文考察了新型结构两相闭式热虹吸管的流体流动型态,并在Soliman冷凝传热模型的基础上,提出了环隙内蒸汽与冷凝液并流的冷凝传热模型,该模型的计算值与实验值比较,平均偏差为19.4%.     

在复合镀层表面上实现滴状冷凝传热的研究

研究了采用Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面实现水蒸气滴状冷凝的新方法。在对Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合电镀工艺研究的基础上，进行了水蒸气在无镀层的黄铜板表面和有复合镀层表面的冷凝传热的对比实验。实验结果表明，在Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面上可实现水蒸气的滴状冷凝，有着显著的强化冷凝换热效果。     

矩形槽强化膜状冷凝换热数值分析与实验研究

研究了饱和蒸汽在垂直矩形槽表面的层流膜状冷凝换热,对物理模型进行了适当的简化,建立了冷凝液的流体流动方程,并与二维导热方程耦合,用数值方法解方程,通过迭代,得到了传热量与坐标z的关系。为了验证数值分析,建立了饱和蒸汽在矩形槽表面冷凝的实验模型和实验装置,测量了在不同的温差下的热通量,并与计算热通量做了对比。结果表明,热通量数值分析值与实验值吻合较好,最大偏差不超过10%,说明关于矩形槽强化冷凝换热的数值分析具有可行性,可用于矩形槽的参数设计和换热计算。     

纳米白炭黑-硅橡胶膜强化传热管制备及性能

实验采用涂覆-热处理法制备了纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管,研究了纳米SiO2在铸膜液中质量分数及热处理温度对热通量和冷凝传热系数的影响;同时对纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管表面进行了SEM,FT-IR及接触角分析。实验结果表明:实验所制传热管均实现滴状冷凝现象;纳米SiO2在铸膜液中质量分数影响传热管传热性能,随纳米SiO2质量分数增加,表面水接触角增加,其中纳米SiO2质量分数为0.1%时,传热管表面水接触角可达125.85°,其冷凝传热系数比相应的膜状冷凝提高了3.1—3.3倍,热通量是相应膜状冷凝的1.42—1.44倍;热处理温度为265℃时,传热效果最好。     

滴膜共存表面强化冷凝传热

<正>滴状冷凝具有很高的传热速率,其冷凝传热系数是膜状冷凝的几倍至几十倍,但是,由于长期维持滴状冷凝表面制备技术的限制,该技术距工业化应用还有一定的距离,在滴状冷凝的研究过程中,经常发现滴膜共存冷凝现象,而且传热系数较普通的膜状冷凝有较大的提高,在以往的实验研究中,往往不能肯定地排除蒸汽中有机杂质的影响,滴膜共存表面的实验研究也间接地证实了蒸汽中是不含有机杂质的,滴膜共存表面也是强化冷凝传热很实用的技术,是滴状冷凝传热过程全面工业化的过渡阶段.所以,研究滴膜共存表面强化冷凝传热的特性具有重要的理论意义和实用价值.Kumagai等报道了在竖平面上垂直分割的滴膜共存表面上冷凝传热的实验.结果表明,当滴状冷凝区和膜状冷凝区的面积比为1:1时,平均热负荷要高于在通常表面上滴状冷凝和膜状冷凝热负荷的算术平均值,而且平均热负荷与表面分割方式和分割数目有关.他们在一种特殊分割形式的表面上得到的最大热负荷高于当全部表面为滴状冷凝时的最大热负荷.     

大型两相封闭热虹吸管加热段换热过程研究

大型两相封闭热虹吸管加热段管内蒸发、沸腾换热过程所进行的实验研究表明,沸腾换热系数与热流密度、管内饱和压力和热管倾角有关。通过实验,整理并回归出大型热虹吸管加热段(2米长)管内沸腾换热系数的变化规律和经验关联式。     

Filmwise Condensation Heat Transfer Enhancement with Dropwise and Filmwise Coexisting Condensation Surfaces

Six surfaces were prepared with defferent surface division patterns for the experimental investigationof steam condensation heat transfer characteristics for dropwise and filmwise coexisting(DFC)condensationsurfaces under atmospheric pressure Dropwise condensation(DWC)was promoted with an ultrathin polytetrafluoroethylene(PTFE)film,which was prepared by the dynamic ion-beam mixed implantation(DIMI)method.The results showed that the condensation phenomena at the intersection between the dropwise andfilmwise condensation regios were quite different for different relative positions of the dropwise and filmwisecondensation regions.The experimental results revealed that the condensation heat transfer characteristics werehighly influenced by the surface division number and the relative area ratio of the dropwise and filmwise conden-sation regions.The impact of thesc findings on heat transfer enhancement mechanism for condensation heattransfer is discussed in detail.     

平板微热管阵列垂直传热的数值分析

对新型高效传热元件平板微热管阵列（MHPA）的工作机理进行了理论研究。通过建立分区微元模型对热管冷凝段内部工质的流动与传热过程进行了分析。确定了微槽内冷凝液膜的厚度,温度场分布及质量流量等物理参数。利用Matlab软件编写的程序计算结果与实验值吻合较好,最大误差在5%以内。根据软件计算的结果,拟合得到了冷凝段内部饱和温度的表达式。     

固液界面能差效应与冷凝传热强化研究进展

综述了固液界面能差效应强化冷凝传热的新机制及其对纯蒸气及含不凝气的蒸气冷凝传热过程影响的理论和实验研究进展.阐述了引入固液界面能差效应后的膜状冷凝、滴状冷凝和过渡状冷凝传热模型,及模型与实验数据的对比结果.介绍了利用固液界面效应强化纯蒸气和含不凝性气体的混合蒸气冷凝传热的强化技术.     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制，在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究，结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近；而对含不凝气的冷凝，滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近；不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时，滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制，滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化，而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析，认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素，大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

铜表面物理化学有序度对蒸汽冷凝特性的影响

研究了经不同粒度砂纸研磨后不同粗糙度纯铜表面的润湿性和蒸汽冷凝性能,分析了表面物理粗糙度和氧化引起的表面化学成分异质性对润湿性和冷凝传热性能的影响规律。结果表明,当铜表面粗糙度小于0.15 μm,增大粗糙度有利于增大接触角,而当粗糙度增大到0.15 μm后,继续增大粗糙度反而会减小其表面接触角。铜表面氧化后造成的化学成分异质性有利于增大接触角。表面微观结构和化学成分异质性的共同作用决定了铜表面的润湿性与蒸汽在其表面的冷凝模式。当粗糙度为0.15 μm左右时,氧化后铜表面表现出最佳的滴状冷凝状态,其冷凝传热系数达到Nusselt理论模型的3.5倍左右。但是表面粗糙结构同时也会增大液滴在金属表面的运动阻力,对冷凝传热性能产生不利影响。     

两相闭式热虹吸管强化传热研究进展

回顾了两相闭式热虹吸管强化传热技术研究现状,将热虹吸管强化传热技术归纳分为4类,即采用高效工作介质、管壁内表面处理、管内设置内插件和其它类。分别阐述了这4种技术的强化传热机理,总结得出大部分技术多局限在实验分析层面上,缺乏理论上的深入分析,暂时没有得到工业生产的大规模应用。并指出了强化传热技术的理论研究、各种参数对传热性能的影响探究以及如何降低工业应用的生产成本将是今后热虹吸管强化传热技术的研究热点。     

新型重力热管的研究

提出了一种具有内插物的新型重力热管,该热管避免了流体的逆流流动.实验观察和传热性能的实验研究表明,其操作稳定,传热性能良好,具有较高的临界热通量.在分析以乙醇、水为介质的实验数据基础上,给出了该热管的设计计算方法及改进的环隙并流冷凝传热模型.     

中间流体气化器丙烷相变换热实验

为了模拟中间流体气化器(IFV)中中间介质丙烷的换热情况,设计并搭建了一个IFV换热模拟实验台。采用水作为热源,冷氮气为冷源,在两个套管式光滑圆管中进行了丙烷的沸腾和冷凝换热实验,分析了水入口温度、水流量和实验管倾斜程度对丙烷换热的影响。结果发现丙烷的沸腾传热系数随着热通量的增大而增大,换热管倾斜时,其换热有所增强,实验值与Cooper方程对其换热的预测值的变化趋势是一致的,误差基本在30%以内。丙烷的冷凝传热系数随着壁面过冷度的增大而减小,传热管倾斜时,其换热也有所增强,传热系数的实验值和Nusselt方程预测值的变化趋势一致,误差在40%以内。     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。