微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降特性研究

为探究微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降的影响因素,对高度和直径均为500 mm的微圆柱组成的叉排微柱群通道进行了实验研究,并借助高速摄像仪对通道内不同加热功率的气液两相流型进行了记录分析。实验中质量流速范围341~598.3 kg·m~(-2)·s~(-1),热流密度范围20~160 W·cm~(-2),工质出口干度范围0~0.2。实验结果表明,两相摩擦压降随着质量流速的增大而增大,随着热流密度的增大呈线性增长;工质进口过冷度对两相摩擦的影响随着出口干度的升高逐渐减弱。通过可视化研究发现,随着热流密度的增大,微通道内流动沸腾的流型变化依次为泡状流、环状流,环状流区两相摩擦压降明显高于泡状流区。     

不同波纹壁面微细通道流动沸腾传热特性

为探究不同波纹壁面微细通道的流动沸腾传热特性,设计制造特征参数相同的正弦及三角形这2种波纹壁面微细通道,以R141b为实验工质,在系统压力为60 kPa,传热介质入口温度为33℃的工况下进行流动沸腾传热实验,并将普通平底微细通道作为实验对照组.研究结果表明:波纹壁面微细通道对流动沸腾传热具有优越性,包括过冷沸腾起始点(...     

低高宽比矩形微通道中流动沸腾的压降特性

以甲醇为工质,在不同进口温度、质量流率、热流密度和倾角下,对低高宽比矩形微通道中流动沸腾压降特性进行了研究,并分别采用均相模型和分相模型对通道压降进行了计算。通过对比实验结果与计算结果发现,均相模型中两相平均粘度的计算应当采用Dukler公式,用其他计算式时误差较大;利用LockhartMartinelli关系式进行的分相模型计算发现,现有C值计算公式,如Chisholm,Lee and Lee,Mishima及Qu and Mudawar等,都不能用于预测该实验中低高宽比微通道的两相压降。实验发现当通     

环状狭缝通道流动沸腾压降的实验研究

以蒸馏水为工质 ,对压力范围 2 .0～ 3.5MPa ,质量流量 5～ 18kg/h ,热流密度 0～ 2 10kW /m2 ,间隙为1～ 2mm的环状狭缝通道中的流动沸腾进行了实验研究 .分析了影响流动总压降的诸因素 ,如进口压力、进口水温和质量流量等 .模拟出了计算摩擦压降的经验关系式 ,试验数据与计算结果误差约± 15 % ,此关系式可以用来预测该实验范围内的摩擦压降     

微细通道内表面活性剂对Al2O3/R141b流动沸腾传热的影响

为了探究微细通道内表面活性剂对纳米流体制冷剂Al_2O_3/R141b流动沸腾传热的影响,采用二步法制备了添加0.2%(质量分数,余同)SDBS、0.3%SDBS、0.3%CTAB、0.4%CTAB、0.1%Span80、0.2%Span80的改性纳米流体制冷剂与0.1%Al_2O_3/R141b纯纳米流体制冷剂共7种实验工质.设计系统压力为170 kPa、热流密度为9.4～33.5 kW/m~2、质量流率为219.9～439.8 kg/(m~2·s),在高、宽分别为2.0、1.0 mm的矩形截面微细通道内进行流动沸腾传热实验.研究结果表明:表面活性剂对纳米流体制冷剂饱和沸腾区的流动沸腾传热系数影响十分显著;在选用的热流密度及质量流率范围内,采用前述6种添加了表面活性剂的纳米流体制冷剂时,饱和沸腾区平均传热系数较采用纯纳米流体制冷剂时分别提升27.7%、17.9%、13.8%、8.9%、7.9%、5.3%;表面活性剂强化因子SEF随质量流率的变化规律不明显,在同一质量流率下SEF随着热流密度的增大而减小,其中阴离子型表面活性剂SDBS对纳米流体流动沸腾传热的效果最好,阳离子型表面活性剂CTAB次之,非离子型表面活性剂Span80最差.     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

玻璃质微通道流动阻力特性的数值模拟

针对湿法刻蚀玻璃微通道截面具有圆角形状的特性,采用Fluent6.3软件,对以水为介质的圆角形微通道内的流动特征进行数值计算研究。基于层流流动模型,对不同雷诺数Re、不同形状因子下圆角形微通道的流动压降进行数值模拟;通过结果整理与分析,拟合圆角形微通道Poisueille数Po随截面形状因子α变化的经验公式,即Po=10.161 1-2.408 5α+0.166 0α2+0.480 9α3-0.197 9α4+0.023 4α5;对此经验公式在不同微通道截面和不同黏度流体流动条件下的适应性进行了验证。研究结果表明:雷诺数与截面形状对圆角形微通道流动压降有很大影响;当截面宽度一定时,压降随雷诺数和形状因子的增大而增加;在所研究的雷诺数范围内,圆角形微通道Poiseuille数不随雷诺数的变化而变化,而随截面形状因子的增大而减小;当雷诺数0.01≤Re≤40、截面形状因子0.4≤α≤3.2时,本文中介绍的圆角形微通道阻力系数经验公式均适用。     

竖直窄矩形通道内环状流区沸腾传热

研究窄矩形通道内的对流蒸发传热，分析了过渡流传热状态，为过渡流传热状态提出一个幂加和数学方法．经实验验算，效果良好     

微细通道相变传热动力学特性研究

对微细通道相变传热的动力学特性进行了研究,通过引入汽液固三相分子间产生的不连续压力及Lie对称性分析获得了描述汽液接触界面的微分动力系统,并对0.6mm2mm的矩形微槽进行了实验,获得了压力时间序列,对该序列的功率谱分析表明,在7.39Hz以上的频段,系统出现了混沌,从而表明微通道的高效传热性能与系统的混沌特征有一定的关系。利用所得微分动力系统对本实验的混沌特征进行了模拟,获得了奇异吸引子相图,所得结论与实验结果一致。     

微通道中极性流体流动特性的研究

采用数值模拟方法确定极性流体电黏性对于微通道内流动摩擦系数的影响，并与文献中的实验结果进行了比较．所采用的极性流体是具有不同离子浓度和导电率的去离子水和自来水．采用有限容积法详细研究了通道壁面电势、流体离子浓度、导电率和通道几何特征对双电层、电黏性和摩擦系数的影响．数值模拟结果表明：极性流体电黏效应的影响是否可以忽略，要根据通道当量直径与双电层厚度的比值r来决定，比值越小电黏影响越大．根据实验条件得到当rmin≈15时，电黏效应是完全可以忽略的，但如果r继续减小到10时，电黏效应不能忽略．     

微细通道内纳米制冷剂的流动沸腾传热特性

分别以0、0.031%、0.062%、0.155%、0.248%浓度的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂为工质,在水力直径为1.33 mm的矩形铝基微细通道内进行了流动沸腾实验,研究了不同浓度纳米制冷剂实验后槽道表面能的变化情况.结果表明:加入少量纳米颗粒后,壁面形成大量的活化核心,使得沸腾起始点ONB提前,强化了传热;浓度为0.062%纳米制冷剂的强化传热效果最好,传热系数比纯制冷剂最大可提高48.1%;当纳米颗粒浓度超过最佳浓度而继续增大时,颗粒在表面沉积现象越来越严重,使槽道表面能增大,换热热阻也随之增大,强化传热效果反而依次降低.浓度为0.031%、0.062%、0.155%、0.248%纳米制冷剂实验后的槽道表面能,比槽道原始表面能分别增长了0.47、1.39、1.89、2.14倍.     

小通道内制冷剂两相流动摩擦压降关联式分析

针对小通道内两相流动摩擦压降的关联式进行了全面分析,描述关联式之间的继承发展关系,并指出不同关联式之间的创新之处.为了评估各种关联式在小通道中的通用性和精度,建立了一个大型摩擦压降数据库,此数据库在蒸发和冷凝/绝热工况下分别有1 302和1 576个数据点.对26种关联式分工况进行评估分析,并发现Sempértegui-Tapia和Kim关联式分别在蒸发工况、冷凝/绝热工况下具有最佳的预测能力,最后提出了关于关联式改进的建议.     

EHD强化微细槽道沸腾传热实验研究

在横截面为2 mm×2 mm的微细槽道内,以去离子水为工质,对EHD强化微细槽道饱和沸腾换热进行实验研究,得出不同的外加高压电场作用下,饱和沸腾段的热流密度与平均壁面过热度的关系曲线,分析外加电压对饱和沸腾传热系数的影响.研究结果表明,外加高压电场能在一定程度上强化微细槽道饱和沸腾传热,为探索EHD强化微细槽道饱和沸腾传热机理提供了一定的依据.     

水基纳米流体在竖直毛细管中的气液两相上升流流型特性

研究了在内径为1.6 mm的竖直玻璃毛细管圆管内的氮气-CuO水基纳米流体的上升两相流流型分布图.首先对毛细管内氮气-去离子水的两相流流型进行实验研究,并与常规管的半理论半经验公式进行了比较.然后在水中添加不同比容积的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和CuO纳米颗粒制备成纳米流体,对氮气-纳米流体在垂直毛细管内的流型图进行了测量.研究发现,和常规管相比,毛细管内气-水两相流各种流型的转化在较低的流速下就已产生.使用纳米流体后,毛细管内的气液流型转化在更低的流速下产生.纳米流体对两相流流型的影响主要是由于添加表面扩散剂SDBS和纳米颗粒后降低了溶液表面张力而产生的.纳米流体中的纳米颗粒和表面扩散剂浓度对流型图几乎无影响.     

矩形微通道流动入口段的阻力特性分析

运用Fluent软件对宽高比ε为0.1～1.0的矩形微通道层流流动入口段的阻力特性进行了三维数值模拟.结果表明:宽高比ε和雷诺数Re对表观摩擦因子与雷诺数乘积f_(app)Re有一定的影响.f_(app)Re值随着宽高比ε的增大而减小,在不同的Re数范围内呈现了不同的影响.当Re数小于300时,f_(app)Re值随Re数的增大而减小;Re数大于300后,f_(app)Re值随Re数变化很小.当流动达到充分发展后f_(app)Re值保持不变,且与Re数无关.此外还研究了ε和Re数对水力进口长度的影响.发现当Re数小于和等于20时,无量纲进口长度随着ε的增大逐渐减小;当Re数大于20,无量纲进口长度随着ε的增大呈先增后减的趋势,且在宽高比为0.3～0.4时达到峰值.基于得到的结果,提出了新的层流流动进口长度关系式,该式对微型设备的设计和优化具有一定的指导意义.     

微米级通道内油水两相流阻力特性研究

针对低渗透油藏孔隙尺度小、采收率低的问题,采用宽度为200μm、深度分别为1.8μm和4.1μm的两个矩形通道,结合数字显微摄像技术和微流体测试技术,对岩层孔隙流动进行了模拟,得到了孔隙通道中单相油以及含油率(体积分数)为10%～60%的油水两相流的流动特性.实验结果表明:对于深度为1.8μm和4.1μm的两个矩形通道,单相油流动的摩擦系数低于理论值,并与雷诺数呈线性关系;泊肃叶数小于理论预测值,通道尺度越小,泊肃叶数实验值与理论值的差异越大.油水两相流流动的摩擦系数与雷诺数也满足线性关系,在不同含油率时有的高于理论值,有的低于理论值;泊肃叶数总体随含油率增加而减小,在含油率为20%与60%时出现跳跃式增长,分析表明泊肃叶数随含油率变化是受壁面亲水性的影响.     

两种电极作用下微细通道内的R141b流动沸腾传热

为研究电场作用下微细通道内流动沸腾传热特性,设计了两种电极布置方式将电场引入到微细通道中,选取制冷剂R141b作为工质,在设计系统压力140 kPa,工质入口温度305.65 K工况下,研究了电场对微细通道内制冷剂R141b流动沸腾传热的影响.结果表明:电场能够强化微细通道传热,针状电极作用下沸腾曲线明显左移,与针状电极不同,线状电极除0、250 V沸腾曲线基本重合外,其余沸腾曲线均明显左移,说明线状电极起强化作用的有效电压高于针状电极;饱和沸腾传热系数随热流密度的增大先增大后减小,随质量流密度的增大而增大,相对于无电场,在250、550、850 V的3种针状电极作用下饱和沸腾传热系数分别提高了39%、62%、77%,线状电极作用下提高了0%,50%,82%;低电压时,针状电极的强化传热因子大于线状电极的强化传热因子,高电压时则相反,在本实验工况下,针状电极下的强化传热因子最大为1.77,线状电极下的强化传热因子最大为1.82.     

纳米流体微通道热沉的性能强化

基于对纳米流体热导率及黏度公式的筛选,本文发展了纳米流体微通道热沉的三维流固耦合模型,分析了热沉结构、纳米颗粒种类、粒径、体积分数及基液种类等关键参数对热沉性能的影响.结果表明:(1)纳米颗粒随机运动引起的附加热耗散强化了纳米流体的对流换热,显著提高了热沉的冷却性能;(2)纳米流体的强化作用依赖于热沉结构,且依赖关系不同于纯流体,需对纳米流体作为冷却剂的热沉结构进行优化;(3)颗粒体积分数增加,热沉热阻降低,但压降升高,综合考虑热阻和压降,最佳的冷却剂为0.5%体积分数的水基Al2O3纳米流体,相对于纯水,其使热阻降低了10.1%,压降仅增加0.38%;(4)颗粒粒径对热阻影响较小,考虑纳米流体稳定性,推荐使用小粒径的纳米颗粒;(5)Al2O3纳米颗粒优于TiO2,CuO最差,最优的基液为水,依次为乙二醇和机油.     

磁纳米流体对微细通道饱和沸腾CHF特性的影响

以去离子水和w(Fe_3O_4)=0.5%的磁纳米流体为实验工质,在3种不同尺寸的矩形微细通道内进行饱和流动沸腾传热实验,研究了流动沸腾传热过程中质量流速、有无磁场作用下的磁纳米流体对CHF特性的影响.结果表明:去离子水和0.5%的磁纳米流体的CHF值均随质量流速的增大而增大,且质量流速较小时,CHF值增幅较明显;无外加磁场时,0.5%的磁纳米流体的CHF值相比去离子水可提高71%~157%;0.5%的磁纳米流体的CHF值随着磁场强度的增加而增大,增加幅度约为4%~17.4%;将实验值与Kosar模型预测值进行对比,发现工质为去离子水和0.5%的磁纳米流体时平均绝对误差分别为25%、30%,而对Kosar模型进行修正后,平均相对误差均小于15%,实验结果预测性明显提高.