真空条件下压力对LiCl溶液沸腾特性的影响

在真空再生沸腾特性测试实验台上,对水和质量分数为30%—34%的LiCl溶液在压力为4—10 kPa条件下进行实验研究,得到了LiCl溶液的沸点、沸腾热流密度和沸腾表面传热系数在不同压力下的变化曲线,分析了真空条件下,再生压力的变化对LiCl溶液沸腾特性的影响。结果表明:随着压力的增大,溶液的沸点升高;对于同一种质量分数的溶液,压力越高,溶液的表面传热系数越大,而压力的变化对溶液的沸腾热流密度系数影响不大;沸腾温差越大,溶液的沸腾热流密度和表面传热系数越大,再生效率越高。     

电火花改性表面池沸腾换热特性

通过电火花成型加工技术在铜基换热表面制备微纳结构改性表面,以自制换热表面性能测试装置进行改性表面的池沸腾换热性能实验。改性表面随加工电流改变而具有不同粗糙度、孔隙率和粗糙度因子,表面接触角范围在117.4°~133.5°。实验结果表明,改性表面的微纳结构提高换热面的池沸腾换热效果,临界热流密度较光滑铜表面提高了26%~87.8%,最大传热系数提高了48.1%~213%。改性表面的传热系数随着粗糙度增大而减小,而临界热流密度则是先增大后减小;孔隙率的增大使得改性表面的传热系数也随之增大,临界热流密度则是随着孔隙率的增大而先增大后减小;临界热流密度随着粗糙度因子的增大而降低,传热系数则是先增大后降低。粗糙度对沸腾换热的强化效果较小,孔隙率和粗糙度因子是强化池沸腾换热的关键,孔隙率和粗糙度因子分别影响了气泡核化密度和实际接触面积,提高了气泡脱离频率,带走更多的热量,但两者间存在互相制约的平衡关系。     

基于自润湿溶液的纳米表面传热性能

采用阳极氧化法在钛板表面制备出TiO₂纳米管阵列,并以其为加热表面。以含不同浓度丁醇的自润湿溶液为实验工质,考察了自润湿溶液浓度变化对系统临界热流密度和传热系数的影响,并从气泡行为的不同分析了两者耦合强化传热的机理。结果表明：相比于光滑表面和蒸馏水的常规组合,TiO₂纳米管表面和自润湿溶液耦合传热使得系统的临界热流密度大幅度提高,随自润湿溶液浓度的升高,传热系数依次降低。具有超亲水性和较大粗糙度的纳米管表面与1%（质量分数,下同）自润湿性溶液相耦合时,其最大传热系数和临界热流密度分别为11.963 kW·m^-2·℃^-1与623.706 kW·m^-2,比常规组合传热分别提高了84.1%和143.8%。由气泡可视化可知,耦合传热在沸腾过程中产生的气泡细小,脱离速度快,不易团聚,合并后的气泡易破碎,易形成微气泡,从而使系统进入剧烈的微气泡沸腾状态。气泡的高脱离频率和特殊有效的液体补充路径,是提高系统传热系数和临界热流密度的主要原因。     

常见液体除湿剂池内核态沸腾换热特性

溶液除湿剂的沸腾式再生能够降低除湿空调对室外环境的依赖性,而溶液的沸腾特性的研究对沸腾再生器的设计有重要意义。针对3种常规除湿溶液及一种配方型除湿剂的池内核态沸腾特性展开实验研究。研究发现:3种溶液的沸腾温度均随着浓度的增加而升高;3种溶液的沸腾传热系数均低于水,并随浓度的增加而降低,但是当浓度增大到极限时,溶液中有小颗粒析出,其传热系数却提高。相近传质能力条件下,溴化锂溶液与氯化钙溶液的沸腾换热性能优于氯化锂溶液;在氯化锂溶液中添加一定量的氯化钙溶液能够优化氯化锂溶液的沸腾换热性能。     

全氟烷基表面活性剂强化池沸腾换热

针对不同浓度的全氟烷基碘化物（Le-134）水溶液进行了核态池沸腾换热实验研究。首先对Le-134的界面吸附特性及在紫铜表面的润湿性进行了研究。结果表明，其静态表面张力随浓度增大而减小，动态表面张力下降速度随浓度增加而加快，在超过临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）的较高浓度下（≥40mg/L），10s以内溶液表面张力即降低到20mN/m以下。Le-134水溶液在紫铜表面接触角随浓度增加而减小，在300mg/L时接触角仅为21°，具有良好的润湿性。沸腾过程与去离子水相比，Le-134水溶液产生的汽泡数量明显增多，汽泡尺寸减小，汽泡合并现象减少。结果表明，Le-134的添加可以有效强化池沸腾换热，同热流密度下随浓度增大强化效果越显著；同浓度下，随热流密度增大强化效果有所减弱。在10W/cm²下，300mg/L的Le-134相对去离子水工况强化效果最明显，沸腾表面过热度减少49.3%，沸腾换热系数增加109.1%。     

紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能

研究了浸没在去离子水中不同孔隙率和不同纤维直径的烧结紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能,采用高速摄像机对试件表面气泡的生长和脱离过程进行可视化研究。结果表明：纤维直径相同时,沸腾表面气泡的脱离直径随着孔隙率的增加而降低;对于不同直径的纤维毡试件,沸腾传热系数随孔隙率的变化规律不同,孔隙率对沸腾换热的影响是汽化核心密度和中流量孔径共同作用的结果。     

纳米管表面和自润湿溶液相耦合的传热性能

采用阳极氧化法在光滑钛板表面制备了高度有序的纳米管表面，利用扫描电镜、原子力显微镜和全自动接触角测量仪表征了纳米管表面和光滑表面的形貌及表面特性，配制自润湿溶液并进行热物性测定，将不同的加热面(光滑表面和纳米管表面)与不同工质(蒸馏水和自润湿溶液)组合进行池沸腾实验，从不同角度对比了不同组合工况的传热效果，从微观和宏观两方面对纳米管表面和自润湿溶液耦合强化传热的机理进行了分析。结果表明，具有超亲水性和较大粗糙度的纳米管表面与自润湿性溶液耦合时，最大传热系数和临界热流密度较高，分别为11.963 kW/(m2?℃)和623.706 kW/m2，比光滑表面与蒸馏水的常规组合传热分别提高了84.1%和143.8%。纳米管表面和自润湿溶液对系统的最大传热系数和临界热流密度强化作用稍有不同，二者协调强化沸腾传热性能。纳米管表面具有更多的有效汽化核心、更大的粗糙度和更好的润湿性，结合自润湿溶液特殊的表面张力特性形成冷热液体微循环，促进冷热液体运动，及时进行二次润湿，大幅减小气泡脱离直径，提高其脱离频率，出现微气泡，增加了对系统的扰动，有效增强了传热性能，是提高系统最大传热系数和临界热流密度的主要原因。     

时空调控微柱表面浸润性强化单气泡沸腾换热

微结构耦合浸润性调控是目前强化核态沸腾换热的主要手段,针对水工质在单晶硅微柱表面的核态沸腾过程,采用CFD-VOF三维数值模拟方法,对比研究时间及空间分别调控表面浸润性对沸腾气泡动力学、相界面形变及传热性能的影响。结果表明：亲水性增强使得气泡界面曲率增大、合力增强,促使气泡的脱离;空间调控主要表现为增大气泡体积,时间调控则主要表现为优化气泡动力学过程,提高热流较大的生长阶段在整个气泡周期内的占比,从而强化换热;本实验工况下,空间梯度浸润表面以及在生长阶段提高壁面亲水性,均可大幅度提高单气泡沸腾换热性能,平均热流最大可提高42.7%;考虑微尺度下梯度浸润性加工难度,时间调控浸润性强化沸腾换热具有更好的发展前景。     

过冷度对低液位池沸腾影响的实验研究

以铜片为基板,采用两步电镀法制备出具有超疏水和疏水特性的微纳结构A、B 2个表面,与常规铜表面一并应用于低液位过冷池沸腾,过冷度分别保持在0、20℃和40℃。实验结果表明,与饱和沸腾不同,液位降低并未明显提高沸腾传热系数,3个表面的传热系数在40℃过冷度情况下还出现了降低的情况。主要原因是过冷情况下液位降低虽然会形成超大气泡,在高功率时抑制气泡脱离或在低功率时增加气泡扰动,同时导致流体的温度梯度减小、单相对流换热效果减弱,致使沸腾传热系数降低。受超疏水润湿性和较大汽化核心密度的影响,液位降低时A表面饱和沸腾传热系数提升效果最佳,过冷沸腾传热系数也未严重恶化。     

矩形通道干涸后最小膜沸腾传热试验研究

在中国核动力研究设计院流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸后最小膜沸腾传热试验。通过对各种热工水力参数的试验研究,得出结论:随着进口含汽质量分数的增加,最小膜沸腾热流密度减小,含汽质量分数增加,壁面温度降低,传热系数减小;随着质量流速的增大,最小膜沸腾热流密度增大,含汽质量分数减小,壁面温度升高,传热系数增大;随着系统压力的升高,最小膜沸腾热流密度增大,含汽质量分数增加,壁面温度升高,传热系数增大;相对于偏离泡核沸腾(DNB)后最小膜沸腾,干涸后最小膜沸腾的热流密度更大,壁面过热度较低,传热系数更大。     

局部表面改性紫铜方柱阵列池沸腾传热特性和机理

以局部表面改性的紫铜直方柱和梯度方柱阵列为研究对象，实验研究了表面润湿性、表面形貌和表面活性剂对池沸腾换热性能和气泡生长特性的影响。实验工质为去离子水，浓度分别为100、200、400、800 mg·L^-1的异丙醇溶液和正庚醇溶液。实验结果表明：方柱阵列表面镀银之后润湿性变差，表面产生的气泡数量减少。向去离子水中添加异丙醇或正庚醇后，在热通量为66.1～202 kW·m^-2时，气泡脱离直径变小、数目减少，而当热通量增至413 kW·m^-2时，活性剂能够有效阻碍气泡合并，故池沸腾传热系数随着浓度增加先减小后增大。上下层宽分别0.5 mm和1 mm、间距为2 mm的梯度方柱阵列结构有助于气泡的合并，但由于促进了固体表面气膜的形成，从而降低了沸腾换热性能。     

朝下沟槽结构表面池沸腾换热

核电站熔融物堆内滞留技术是一项关键的严重事故应对策略,该策略已被核电站广泛采用。为增强核电站压力容器下封头外表面的沸腾换热能力,实验研究了常压下朝下沟槽结构表面的池沸腾换热,测量了倾角5°、30°、45°、60°和90°下热通量随壁面过热度的变化,获得了相应倾角下的临界热通量（CHF）。与光表面相比,朝下沟槽结构表面的CHF可提高65%～90%。实验观察发现,在高热通量下朝下沟槽结构表面气泡运动形态存在蒸汽膜和波浪蒸汽层两种结构。分析表明,沸腾换热显著增强、临界热通量大幅提高的原因是沟槽结构大幅增加了换热面积同时还明显改善了表面的润湿性。     

Infrared thermometry study of nanofluid pool boiling phenomena

Infrared thermometry was used to obtain first-of-a-kind, time- and space-resolved data for pool boiling phenomena in water-based nanofluids with diamond and silica nanoparticles at low concentration (<0.1 vol.%). In addition to macroscopic parameters like the average heat transfer coefficient and critical heat flux [CHF] value, more fundamental parameters such as the bubble departure diameter and frequency, growth and wait times, and nucleation site density [NSD] were directly measured for a thin, resistively heated, indium-tin-oxide surface deposited onto a sapphire substrate. Consistent with other nanofluid studies, the nanoparticles caused deterioration in the nucleate boiling heat transfer (by as much as 50%) and an increase in the CHF (by as much as 100%). The bubble departure frequency and NSD were found to be lower in nanofluids compared with water for the same wall superheat. Furthermore, it was found that a porous layer of nanoparticles built up on the heater surface during nucleate boiling, which improved surface wettability compared with the water-boiled surfaces. Using the prevalent nucleate boiling models, it was possible to correlate this improved surface wettability to the experimentally observed reductions in the bubble departure frequency, NSD, and ultimately to the deterioration in the nucleate boiling heat transfer and the CHF enhancement.     

含水老化油暴沸机理

实验室内建立可视化沸腾容器,用高速摄像机记录单个气泡的生成、成长、脱离、上升的过程,并建立相关数学模型,研究气泡行为与老化油暴沸之间的关系。研究表明,随着“驱动力”ΔT_s(即过热度)逐渐增大,传热面上水开始汽化沸腾,形成油包蒸汽气泡,气泡的跃离时间随热通量的增加而缩短,而传热面上的汽化核心密度增加;“驱动力”继续增大,气泡的破灭速度低于生成速度时,形成气泡层,大量的气泡累积会使气泡层迅速扩增到整个容器空间,形成暴沸。     

加入惰性固体粒子的二元物系的流动沸腾传热特性

引　言流动沸腾传热广泛存在于石油、化工、轻工、动力及能源等各个领域 ,但三相流动沸腾传热的研究极少 .李修伦等[1]在流动沸腾系统中加入惰性固体粒子 ,进行了汽 -液 -固三相流沸腾传热的初步研究 .李修伦、闻建平[2 ,3]进一步将三相流和沸腾换热相结合 ,较好地解决了沸腾传热强化和防垢、除垢问题 .李修伦、张利斌等[4 ]又采用循环流化床技术 ,结合粒子在沸腾系统中的强化特性 ,开发了汽 -液 -固三相循环流化床蒸发器 ,它具有良好的强化传热和防、除垢性能 .上述研究均属于单组分三相流动沸腾传热 ,而关于二元物系三相流动沸腾传热的研…     

高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。