微管内CO_2流动沸腾换热特性探析

介绍沸腾换热理论及制冷空调系统用微通道换热器的研究现状,对CO2应用于微通道换热器的发展进行分析,通过与其他制冷剂的热物理性质相比,分析CO2在微通道换热器内的沸腾换热特性,为今后的研究方向提供参考。     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

5 mm小管径内R290流动沸腾换热特性

本文对R290在5mm小管径内的流动沸腾换热特性进行实验研究,重点研究热流密度、质量流率及饱和温度对沸腾换热表面传热系数的影响。实验工况为:热流密度10～60 k W/m2、饱和温度15～25℃、质量流率50～200 kg/(m2·s)、干度0. 1～0. 9。结果表明:增加热流密度可实现强化换热,提高表面传热系数,使干涸现象提前发生,并加剧干涸;质量流率在低干度区间对表面传热系数的影响较小,在中干度和高干度区间表面传热系数与质量流率分别呈正相关;当热流密度较低时,在中干度区间,增大饱和温度会使表面传热系数降低;而在较高的热流密度下,增大饱和温度明显引起表面传热系数的上升。     

微通道内流动沸腾的研究进展

微通道内的流动沸腾在能源、电子冷却、生物医疗等高新技术领域有着广泛的应用.对微通道内流动沸腾的研究进展进行了综述,研究工质涉及到水、制冷剂、液氮等,内容包括微通道与常规通道的划分,微通道的传热特性、临界热流密度、压降特性、主要流型以及流型转变、不稳定性的主要形式及产生机理等.同时指出了微通道内流动沸腾进一步的研究工作.     

平行通道直冷板内R1233zd(E)流动沸腾换热压降特性实验

为研究平行通道直冷板的压降特性对换热的影响,本文对不同质量通量(118～1 300 kg/(m² s))、入口过冷度(2.5～8 K)条件下低压制冷剂R1233zd(E)在平行通道直冷板内的摩擦压降进行了实验研究,分析了单相及两相摩擦压降以及气液相速度的变化规律。结果表明：在制冷剂单相情况下,随热流密度的增加,通道内的摩擦压降先减小后增加。当制冷剂进入两相状态后,摩擦压降随热流密度的增加而快速增长;质量通量的增加会使汽化核心的位置延后,导致摩擦压降变化趋势突变点的出现有所推迟。此外,在高热流密度下,制冷剂液相速度和气液相相对速度均有所增加;相同干度条件下,较高的质量通量使气液相相对速度增加,摩擦压降增速变快。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

矩形微通道内制冷剂流动沸腾传热特性及可视化研究

为了探究微通道内流动沸腾及传热现象的机理,以制冷剂R22为工质在矩形微通道内进行了流动沸腾及可视化实验。结果表明,在核态沸腾下传热系数受质量流率的影响较小,却随着热流密度的增加而快速增加;微通道的尺寸越小,传热效果越好,水力直径为0.92 mm和1.33 mm微通道内的传热系数比2 mm微通道内的传热系数分别提高约25%、12%;根据实验值与预测值的对比情况,在Oh H K等[15]和Yun R等[7]模型基础上拟合得到新的传热系数预测关联式,平均绝对误差降至8.8%;通过可视化实验发现,在临界热流密度下微通道内出现波浪式气体层的现象。     

微细管内CO2流动沸腾换热特性研究

针对CO2作为制冷剂在微细通道内流动沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与换热系数实验研究定量与定性的分析了热流密度：2~35 kW/m2,饱和温度：﹣10 ℃ ~15 ℃工况时,内径为1 mm、2 mm圆管内的换热系数。实验结果表明：热流密度的增加强化了微细通道内工质核态沸腾换热,使换热系数得到显著提高;换热系数随饱和温度非单调变化,饱和温度较高时,越接近CO2临界温度其换热系数随饱和温度升高而增加,当饱和温度在低温工况时换热系数则随其降低而增加,换热过程中发生干涸干度随饱和温度升高而单调降低。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优点,可以强化流动沸腾换热的效果.本文在实验工况为孔密度10～40 PPI,干度0.1～0.9,质流密度90～180 kg/(m2·s),热流密度12.4～18.6 kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性...     

R134a臣卧式螺旋管内流动沸腾换热特性实验研究

对R134a在水平直管和螺旋管内的沸腾换热特性进行了实验研究.在三个不同的蒸发温度(5℃、10℃和20℃),工质R134a的质量流量范围为100～400kg/(m~2·s)和干度范围为0.1～0.8的条件下,实验得到了R134a在水平直管和螺旋管内的沸腾换热系数随其质量流量和干度的变化关系,将水平直管和螺旋管内的沸腾换热特性数据进行了比较,结果显示,在实验条件下,卧式螺旋管的传热系数比直管的平均增加13.7%.     

R410A微通道内沸腾换热实验研究

在内径为2 mm的水平不锈钢微通道内对R410A的沸腾换热特性进行了实验研究。质量流率为200~600 kg/(m2·s),热流密度的范围为5~15 k W/m2,干度的范围为0.1~0.8,饱和温度为0℃和5℃。结果显示,当干度大于0.5时,随着热流密度的上升,沸腾换热系数显著上升,其平均增幅分别达到了4.6%和7.7%。当干度小于0.5时,热流密度对换热系数的影响十分微弱。随着质量流率的上升,换热系数均出现了小幅上升,其平均增幅也分别达到了1.1%和2%。而饱和温度对换热系数则几乎没有影响。随后,对可能的机理进行了讨论。实验结果又与Choi K I等以及Ebisu T等在内径分别为1.5 mm,3 mm和6.4mm管道内的研究结果进行了比较。结果显示,在相似工况下,随着管径的下降,当干度小于0.5时,换热系数呈现出上升的趋势,其平均增幅分别达到了18.4%,23.6%和19.5%。     

竖直多孔表面通道内液氮沸腾换热实验研究

在液氮自然循环流动时，对竖直多孔表面管管内沸腾换热及外管单面加热时竖直多孔表面套管内沸腾换热，进行了实验研究，分析并讨论了通道的当量半径、热流密度及含气率对沸腾换热的影响。     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

超小型流道制冷换热器内的流动沸腾换热研究

本实验就超小型流道制冷换热器内的三角形槽道中CFC—12的流动沸腾换热做了详细的实验研究。研究表明,在超小型流道中流体流动沸腾换热比常规尺寸的换热更为强烈,且流动阻力相对要小,而对实验现象的观察发现,在超小型流道制冷换热器内的三角形槽道中流体流动沸腾时明显有大量气泡生成,这与其它相关实验得出的不产生气泡的结论是不同的。     

R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。     

矩形换热通道流动与强化换热特性数值模拟研究

采用切应力输运湍流模型(SST k-ω)分别对光滑矩形通道、连续肋矩形通道和间断肋矩形通道在五种典型工况下的流动换热进行了三维数值模拟研究。结果表明,基于SST k-ω湍流模型的光滑矩形通道流动阻力和换热系数模拟结果与经验公式计算结果可以较好符合,验证了本文所采用的数学模型的预测能力。在本文所研究的雷诺数(Re=8000~15000)范围内,连续肋和间断肋通道阻力较光滑通道都相应增加,连续肋片通道较光滑通道阻力增加2倍以上,间断肋片通道较光滑矩形通道阻力增加4.8倍以上,且随Re的增大而增加,同时,连续肋换热能力较光滑通道提升1.1倍以上,而间断肋较光滑通道换热能力提升约1.7倍以上。通过采用综合热学性能参数,对强化传热和阻力减小这两个因素进行评估,分析表明间断肋的综合热学性能明显优于连续肋。     

R30在矩形微通道内沸腾换热数值模拟

利用FLUENT软件,采用VOF两相流模型对制冷剂R30在横截面为0.5 mm×0.5 mm、长为500 mm矩形微通道内的沸腾换热进行了数值模拟。以制冷剂入口温度、压力和质量流率作为变量,得出了典型流型、壁面平均温度、换热系数、截面含气率等参数的变化规律。结果表明,提高制冷剂入口温度和压力有利于增强R30在微通道内的沸腾换热,换热系数随着质量流率的增大而增大,随着截面含气率的增大而减小。     

水平细通道内CO_2流动沸腾换热流态特性实验研究

本文对水平细通道内CO_2流动沸腾换热过程中流态及其转变特性进行理论分析和可视化实验研究。根据可视化实验结果,更新了CO_2在低蒸发温度下的理论流动状态预测模型。实验工况为:热流密度(7. 5～30 k W/m2)、质量流率(50～600kg/(m2·s))、饱和温度(-40～0℃)、干度(0～1)、内径(1. 5 mm)。理论分析表明:质量流率对换热过程中经历的流态形式有决定性作用,热流密度对环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流边界转变曲线影响较大,饱和温度对流态转变具有重要影响。可视化研究表明:基于理论流态图对于CO_2在细通道内流动沸腾换热的流态能够较好的预测,也能反映不同工况下流态的变化趋势,但理论流态图对干涸区域和雾状流区域预测偏差较大;在实验数据的基础上,增加了液气黏度比的无量纲因子,并提出一种新的临界热流密度预测模型。在考虑质量流率和热流密度影响的情况下,根据更新后临界热流密度预测模型和实验数据,引入沸腾数Bo对理论流态图中环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流及间歇流/弹状流-环状流边界转变曲线进行了更新,可视化研究获得的流态数据中89. 4%符合更新后的CO_2理论流态预测模型。     

强化管内流动沸腾换热研究现状

介绍了强化管内流动沸腾换热国内外的研究现状,分析了微肋管内流动沸腾换热的影响因素,并且给出了几个实用的微肋管内沸腾换热关联式,最后对微肋管内沸腾换热的研究方向进行了讨论.     

CO2流动沸腾换热干涸研究进展

针对CO2在亚临界管内流动沸腾换热过程中所表现出来的干涸现象研究进展进行了综述,描述了在CO2沸腾换热过程中的干涸现象及其产生的影响因素,分析了热流密度、质量流量、饱和温度、管径等因素对干涸产生的影响及机理.提出CO2流动沸腾换热过程中临界热流密度,流态变化,干涸干度的预测以及抑制干涸提前发生的相应措施是今后研究的方向.