窄通道内流动沸腾强化换热研究进展

窄通道具有结构紧凑、传热效率高等优点。随着科技发展,窄通道已经成为强化换热的常用结构形式之一,被广泛应用于各种换热设备。由于窄通道内间隙内气泡的尺寸受限,气泡在发展过程中会受到挤压而发生变形,带走大量的潜热,引起汽液界面的扰动,换热性能较常规通道有很大区别。本文综述了窄通道内的主要流型及转变准则;介绍了几何与工况参数变化对窄通道内换热效果影响的传热实验研究;分析了窄通道中传热机理以及两相摩擦压降机理,并对关联式进行了总结与评述;对窄通道内强化换热的机理与进一步强化换热的方法进行归纳总结;结合目前实验与理论研究总结了现存问题,为窄通道内流动沸腾强化换热的进一步研究提供了参考。     

竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性,优化换热器性能,以去离子水为工质,对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究,分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上,对实验数据进行非线性回归分析,得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用,对核态沸腾段换热特性有削弱作用;热流密度对核态沸腾影响剧烈,但对流动沸腾的影响不明显;入口温度越高,流体会越早进入过冷沸腾阶段,但对局部传热系数的影响不明显;新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%,其中74.19%的预测值在±25%内,83.87%的预测值在±50%以内,能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。     

车用燃料电池散热性能实验研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为能效转换率高、清洁可靠的发电装置,在交通、储能、航天及军事等领域有着广泛应用。为了解决质子交换膜燃料电池散热密度高、发热量大、散热效率低等突出问题,本文针对散热量为15 kW的质子交换膜燃料电池,设计并搭建了一套具有四种不同流程换热器的车用燃料电池散热系统实验台。分别使用两相冷却工质HFE-7100和乙二醇水溶液作为冷却工质,探究了在35℃的高温环境中,两种工质在不同流程换热器和不同工质流量下的散热性能和系统能效比（Energy Efficiency Rating, EER）。结果表明,在相同的流程下,采用HFE-7100两相散热方式相对于采用乙二醇水溶液液冷散热方式散热量提升率在81.2%～98.8%之间,系统EER提升率在68.2%～88.6%之间。且在4种不同流程下,3流程的系统散热效果和节能效果最佳,两相工质HFE-7100散热量和系统EER分别达到14.4 kW和20.5 kW/kW,液冷工质乙二醇水溶液散热量和系统EER分别达到7.7 kW和12.1 kW/kW。冷却工质流量为4 L/min时,系统节能效果较好,其两相和液冷散热系统EER...     

紧凑式两相换热器中管式换热元件沸腾传热实验研究

以烃类物质（丙烷和正戊烷）作为工质,进行了紧凑式换热器中带有加工配置表面的管式换热元件池沸腾实验研究。其中,单管实验温度工况为２５３Ｋ￣２９３Ｋ（饱和工质）。实验中所采用的换热元件为重入式结构加工配置表面的强化传热管和光管以及低助管。针对由４５根光管或带有加工配置表面的管子所构成的叉排管束进行了实验研究,实验工质为丙烷和正戊烷,实验温度分别为两种工质在２６３Ｋ和３０８Ｋ之间的饱和和温度。并将所得实     

质子交换膜燃料电池整车辅助散热系统设计建模及分析

建立车载质子交换膜燃料电池（PEMFC）辅助散热系统数学模型,进行某客车PEMFC发动机辅助散热系统的管路连接方式设计,对管路流阻、冷却液流量及其温升进行分析并开展试验对数学模型进行验证。结果表明：数学模型准确可靠且可用于设计和优选PEMFC辅助散热系统的管路连接方案,相同总冷却液流量下（空压机控制器-空压机本体）||（降压DCDC-升压DCDC）||（氢泵控制器）的三路并联方案的总流阻较（氢泵控制器-空压机控制器-空压机本体）||（降压DCDC-升压DCDC）的两路并联方案降低40.7%,各分支管路的冷却液流量均满足部件散热要求,冷却液温升满足整车散热要求。     

多孔微通道流动沸腾换热特性的实验研究

本文通过实验的方法对烧结的多孔微通道和铜基微通道的沸腾换热性能和流动不稳定进行研究.实验工质选用去离子水,采用的铜粉粒径分别为30μm、50μm、90 μm,烧结底厚为200 μm和400 μm.采取控制变量的方式,研究改变入口温度、铜粉粒径大小、入口流量对多孔微通道和铜基微通道换热性能的影响.研究表明:多孔微通道最优的厚度粒径比在2～5之间,在此区间的多孔微通道可以提高沸腾传热的性能.其中厚度粒径比为2和4的多孔微通道的最大换热系数是铜基微通道的换热系数的5倍.多孔微通道相对于铜基微通道有更好的换热能力,有着较低的壁面温度.     

气液两相流动及沸腾传热流体模化分析

基于制冷剂类物质热物性表与水和水蒸气热力性质图表,计算并比较了R12、R22、R123、R134a在相同气液密度比条件下模化水热力过程的能力;应用相似原理与量纲理论分析了流体模化方法在研究气液两相流动特性、高温高压传热过程、临界热流密度现象以及近临界和超临界传热方面的优势与方法.结果表明:制冷剂类物质具有良好的热力性质,其中R134a在相同气液密度比条件下的压力值仅约为水的1/5,而且其臭氧消耗潜能值为0,是环境友好的理想模化流体.提出并探讨了从本质上革新准则数以及基于模型探索新的模化条件和发展新的准则关系式的流体模化技术发展思路.     

内表面烧结型多孔管的流动沸腾换热

采用流动沸腾传热试验平台,研究了2 m长铁基烧结型内表面多孔管竖直管内流动沸腾传热特性,利用流动沸腾传热学基本原理及公式计算了传热过程中的热通量、沸腾传热系数及相关参数,并考察了过热度和流速对多孔管流动沸腾传热性能的影响.结果表明:烧结型表面多孔管的流动沸腾传热能力优于同条件下的光滑管,内表面沸腾传热系数是同尺寸光滑管...     

近临界压力区两相流沸腾传热特性的研究

本文介绍了近临界压力大容量机组的两相流的沸腾传热特性的研究。通过试验研究,采用内螺纹管能使传热特性得到改善,并进行了预测计算,可供有关技术人员参考。     

沸腾两相流动中的动力学特征量

采用频域和相空间方法分析沸腾两相流系统。用实测的声压信号重构相空间，并用最大Lyapunov数和相关维数对重构的相空间进行量化。分析这些量化参数与实际实验过程中观察到的流型变化之间的关系。结果表明：声压信号的功率谱和相空间的量化参数均与沸腾流体中的流型变化有关，有可能作为流型变化的特征参量。     

PEM燃料电池流场形状研究现状

双极板是质子交换膜燃料电池堆的重要部件之一,流场形状结构构成了双极板最主要特征。文章将近年来流场形状的研究现状进行梳理,通过对比分析各种流场设计方法,其对反应物与生成物的分布影响,流场内压力、热量及电流密度分布,流场制造成本等。总结各种流场优缺点,得出燃料电池不同实际应用情况下的最佳流场类型。以此为质子交换膜燃料电池流场的结构设计及研究发展方向提供可行性参考。     

质子交换膜燃料电池发电系统设计

从军事领域对燃料电池技术的需求进行了分析、说明,针对军事应用需求,着重介绍了某项目氢燃料电池发电系统及其主要组成部分:电堆、供氢子系统、空气供给子系统、水热管理子系统等的技术方案,并对系统主要参数进行了匹配设计计算.根据设计方案,建立了系统性能仿真模型,对系统性能进行了仿真预测研究,结果基本满足预期目标.     

基于航空散热板的内嵌热管传热模型分析

对一种非规则截面的航空散热板轴向槽道热管,分别建立了基于SINDA软件HEATPIPE算法的一维模型和基于QFLOW算法的二维模型,比较了两种传热模型和算法下热管的暂态和稳态传热特性。结果表明,两种模型对热管平均工作温度的计算结果吻合较好,由于一维模型没有考虑热管壳体的周向传热以及热管的结构对边界条件施加的影响,最大传热能力的计算结果小于二维模型。一维模型适于对航空热管进行系统级的初步热设计,二维模型适于对非规则截面热管的定量传热分析。     

气泡尺寸对气缸盖沸腾换热的影响

在应用欧拉多相流模型仿真计算气液两相流沸腾换热时,离散相的气泡尺寸常常被看作常数,而实际上往往气泡具有不同的形状和尺寸,因此研究气泡尺寸大小对仿真计算结果的影响显得至关重要.以ANSYS Workbench为仿真计算平台,在计算流体动力学模块CFX中,用气液两相流沸腾换热计算模型,对不同气泡尺寸下柴油机气缸盖与冷却水腔所组成的流固耦合传热系统进行了整场离散、整场求解,得到了冷却水腔中气液两相流流场分布特性和气缸盖温度场分布,通过与试验结果的对比分析证明了计算模型的有效性.结果表明,在气泡尺寸大小为1,mm的情况下,仿真结果更接近试验结果,并且考虑气液两相流沸腾换热能够有效地降低气缸盖火力面排气道鼻梁区的最高温度,以此降低此处的热负荷.     

不同纳米流体水平管内沸腾流型的模拟

对以纯水为基液的不同纳米流体管内流动沸腾进行了模拟。利用UDF编程定义流体的沸腾相变源项,将其导入FLUENT软件中分别模拟这四种流体在水平管内的流动沸腾过程。得到了四种流体流动沸腾的速度云图,以及流型分布云图。对比分析了四种流体的速度分布云图、四种流体从初始状态沸腾到1s时的流型分布云图以及四种流体层状流流型的特点。结果表明,四种流体在水平管内沸腾都会出现泡状流、弹状流、层状流以及波状流四种流型,并且沿管长方向含气量逐渐增加。在相同的时间内,纳米流体的沸腾比纯水更剧烈,而且,不同的纳米流体沸腾程度也不同。在相同的体积分数下,纳米颗粒的导热系数越大,其对应的纳米流体沸腾越剧烈。说明纳米颗粒的导热系数是影响纳米流体沸腾传热的主要因素。     

垂直矩形窄缝内的过冷流动沸腾换热性能

用高速摄像等方法研究了有压模化介质在单一垂直矩形窄缝流道内的气泡形态和传热情况 ,发现窄缝流动沸腾换热强化的原因在于流道尺寸较小 ,气泡的形状发生变化 ,增加了界面体积浓度 ,并强化了对加热面附近的扰动 ,使换热有所强化。通过与实际测量的壁温数据进行比较 ,发现用于计算大流道和池过冷沸腾换热的 Rohsenow关系式预测窄流道内高热流密度下的过冷流动沸腾换热的误差不大 ,但对于较低热流密度下的过冷流动沸腾时误差较大 ;通过最小二乘法对 Rohsenow关系式进行修正后 ,误差低于± 2 5 %。     

水平窄空间沸腾换热的数理模型研究

窄空间只有在间距小于汽泡脱离直径时，对沸腾传热强化才有比较显的效果。窄空间沸腾强化传热的机理在于较大的泡底微层加速了蒸发传热和窄空间中被加热的液体周期性地与池液进行容积交换。水平圆盘窄空间中的汽泡生长分为性质完全不同的自由生长期和抑制长大期；在一个周期内，加热面的总传热量等于壁面传导给窄空间液体的热量与通过合体泡底微层蒸发潜热之和。在对圆形水平窄空间的沸腾传热的现象和机理进行分析的基础上，提出了窄空间的沸腾换热过程的数理模型；进而对窄空间沸腾的本质规律在理论上进行了初步探索，并得到分析解。理论计算结果与实验数据比较表明，该分析解适合于中低壁面过热度的情形。由于问题的复杂性，该模型仍需不断完善。     

600MW超临界压力直流锅炉水冷壁管内沸腾传热特性的研究

本文阐述了在西安交大高压电加热水回路系统上所进行的φ32×3mm不锈钢管在α=14°和α=10°倾斜布置时的传热特性,试验参数为压力P=6～28MPa:内壁热负荷q=200～410kW/m~2;质量流速G=400～1400kg/m~2·s.试验得出了在上述参数范围内各工况的壁温分布曲线,从而可确定发生传热恶化的临界含汽率、最大壁温飞升值及其位置、内壁超温峰值及最小放热系数.管子上下壁温差等,为设计600MW超临界变压运行直流锅炉水冷壁系统提供可靠的依据.     

用于电子元件散热的集成热管换热特性研究

本文对应用于电子元件散热的热管换热器在不同的加热功率、不同风量情况下的传热特性进行了实验研究，从而得出换热量、总热阻、翅片表面阻力系数、换热系数、总热阻与加热功率及风道内空气肫数的关系，并与市场上的SP-94型热管散热器及传统纯铜散热器进行了比较，发现该热管换热器无论是散热量、平均换热系数还是总热阻都有明显的优势。因此，这种散热器在实际工程应用中必将有着广泛的潜力。