微结构表面池沸腾换热特性实验研究

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沸腾换热机理复杂，影响因素众多，尤其换热表面特性对换热性能有重要影响，所以改变换热表面结构已成为当前沸腾换热研究的热点，本文主要通过实验方法研究微槽道结构表面及腐蚀微结构表面池沸腾换热特性。根据本研究实验目的设计了误差小，实验性能良好的可视化池沸腾换热系统，并以去离子水为工质，实验测试光滑表面、微槽道结构表面及腐蚀微结构表面的池沸腾换热特性；结合表面结构，深入分析不同结构表面换热特性，气泡动态变化，成核机理。本文的主要内容及研究成果总结如下：
　　（1）结合实验现象分析气泡在槽道表面的成核机理，发现气泡在槽道底面产生，随后运动至槽道顶面，并在此生长变大，最后脱离表面，因为槽道结构表面浸没于沸腾工质中，大量蒸汽产生并不会使槽道干涸，相反，使得沸腾工质能够在槽道内快速流通，如此，供给液体到达表面成核位点，并且在汽液交界面处蒸发，这样就不会产生大幅度的局部过热区域。沸腾工质在槽道内的流动使得换热系数提高，换热性能大幅度提升，这一换热机理有助于推迟沸腾达到临界热流密度点的条件。
　　（2）分析槽道结构表面沸腾换热特性，并与光滑表面进行比较，发现：在相同的壁面过热度条件下，基本上微槽道表面的q均高于光滑表面，并且在高换热面积比条件下，q提升更明显；槽道表面的最大CHF为216.48 W/cm2，是光滑表面（115.95W/cm2）的1.87倍；而最小临界热流密度为144.97W/cm2，是光滑表面（115.95W/cm2）的1.25倍；此外，在相同过热度条件下，q基本上会随着槽道宽度的增加而增加，但是CHF仅在较小槽道深度0.3mm时，随着槽道宽度的增加而减小。而对于适中槽道深度0.6mm及较大槽道深度1.0mm的表面， CHF值并不随着槽道宽度的变化而成明显规律性变化；而槽宽对热流密度的影响则是槽宽较小0.3mm、0.5mm时，热流密度值并不会受槽道深度的影响而呈规律性变化；当槽宽0.7mm时，热流密度随着槽道深度的增加而增加，而临界热流密度值随着槽道深度的增加而减小。热流密度受表面换热性能的影响，所以槽道尺寸对表面换热系数的影响有相似结论。
　　（3）相同壁面过热度条件下，随着槽道宽度和槽道深度的增加，气泡脱离直径略有增加，但是变化并不明显，气泡脱离直径几乎不受槽道尺寸大小的影响，而是随着壁面过热度的增加，略有增大，所测数据中，槽道表面的最大脱离直径为1.74mm，最小为1.31mm，远小于光滑表面气泡脱离直径。
　　（4）气泡脱离频率和成核点数随着壁面过热度的增加而增加；微结构表面的核态沸腾起泡点所需壁面过热度低于光滑表面；随着槽道宽度或者深度的增加，气泡成核点密度均减小；当槽道宽度为0.7mm或槽道深度为1.0mm维持不变时，气泡脱离频率随槽深或者槽宽增大而减小。
　　（5）腐蚀微结构表面中，重度腐蚀表面S的CHF值最大，是光滑表面CHF值的1.51倍，其最大表面换热系数是光滑表面的3.67倍；而轻度腐蚀表面F临界热流密度依然比光滑表面的CHF高15.88％，最大表面换热系数是光滑表面的2.41倍；在相同的过热度条件下，腐蚀微结构表面的热流密度比光滑表面高很多，热流密度值提升明显。
　　（6）对于腐蚀微结构表面，气泡成核点密度、脱离直径、脱离频率均随壁面过热度的增加而增大，同时随表面腐蚀程度的加深而增大；气泡成核点密度及气泡脱离频率变化更显著。

著录项

作者
赵红右;
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作者单位

郑州大学;

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授予单位郑州大学;
学科动力工程
授予学位硕士
导师姓名付卫东;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类工程热力学;
关键词
池沸腾换热; 核态沸腾; 气泡动态; 微结构表面; 临界热流密度;
入库时间 2022-08-17 10:31:07

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