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微细多孔表面混合工质核态沸腾传热特性实验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 沸腾传热的基本概念

1.3 池内核态沸腾换热机理

1.3.1 微对流假设

1.3.2 汽液交换机理

1.3.3 液体微层气化机理

1.3.4 核态沸腾传热的复合模型

1.4 微细多孔球层通道中混合工质核态沸腾的最新研究进展

1.4.1 换热表面的几何因素

1.4.2 流体的物理性质

1.4.3 系统压力的因素

1.4.4 沸腾传热研究方法

1.5 主要研究内容

第2章 高碳醇溶液的配制、物性测量以及多孔结构表面特性分析

2.1 引言

2.2 高碳醇溶液制备

2.3 物性测量

2.3.1 高碳醇溶液表面张力测量

2.3.2 高碳醇溶液接触角测量

2.3.3 高碳醇流体导热系数分析

2.4 铜介质表面微尺度观测

2.4.1 铜球表面粗糙度表征

2.4.2 泡沫铜物性参数和表面粗糙度表征

2.5 本章小结

第3章 铜珠堆积表面高碳醇溶液核态沸腾特性研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 高碳醇流体的核态沸腾实验研究

3.3.1 基准实验

3.3.2 汽泡行为

3.3.3 铜球堆积表面高碳醇沸腾曲线

3.4 本章小结

第4章 泡沫铜结构表面核态沸腾传热特性研究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.2 泡沫铜核态沸腾汽泡行为

4.3 泡沫铜堆积表面高碳醇沸腾曲线

4.4 本章小结

5.1 论文的主要内容

5.2 主要结果及分析

5.3 未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢

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摘要

具有特殊界面张力特性的自润湿流体,即高碳醇水溶液,可显著强化核态沸腾临界热流密度。其核态沸腾研究主要依赖于对气化核心、沸腾换热机理的认识。然而,沸腾现象是一个复杂的非稳态、跨尺度、多物理场耦合的传热传质问题,其机理尚未被完全揭示。目前针对沸腾传热模型的研究存在一定的片面性和局限性。同时,通过传统的可视化观测手段难以对其内部流动,特别是多孔介质内部汽泡的脱离进行可视化研究。对于表面张力随温度变化而变化的高碳醇水溶液在多孔介质中的沸腾实验研究缺乏总结和创新。  论文工作基于一维热传导方向线性温度分布模型间接获得壁面温度,搭建了一套壁面温度测量、汽泡可视化和稳压稳流加热试验台。在此基础上,实现了去离子水和高碳醇水溶液在不同尺寸、不同层数铜球堆积组成微细通道和不同PPI(单位英寸上的孔数)泡沫铜组成的多孔结构中沸腾传热的实验观测。主要内容包括沸腾实验系统的搭建、合理确定加热工况、温度测量校核、工质物性测量、实验后期处理。  实验采用开口式核态沸腾实验系统,运用不同质量分数的高碳醇流体作为工质。研究铜珠的直径、层数、堆积方式,泡沫铜的PPI、厚度,高碳醇溶液的质量分数等,对多孔结构中工质的核态核态沸腾传热特性的影响,并与去离子水的情形进行比较分析。受限于加热器额定功率,壁面过热度未能达到或接近临界热流密度对应区域,通过图像采集系统进行的不同尺寸、层数铜球堆积和不同PPI泡沫铜在去离子水和高碳醇溶液沸腾传热过程可视化研究,主要表现为核态沸腾区域气泡行为的观测和沸腾曲线的获得。  结果显示,铜球堆积表面能够提供更多的气化核心,高碳醇溶液汽泡脱离直径更小,脱离频率更快,沸腾曲线趋势更偏左,且沸腾强化传热效果随着高碳醇水溶液质量分数增加而增加,铜球尺寸相比于层数对沸腾传热的效果更明显。实验中泡沫铜PPI50换热性能相比于其他二者要优。低热流通量时,孔密度越大、孔直径越小,对流传热强化;高热流通量时,大量气化核心在加热表面形成,高流阻降低汽液二相在微细多孔通道中的渗流性能,从而影响对流传热性能。泡沫铜梯度组合堆积越多沸腾传热效果并不一定越好,其强化传热的效果很大程度上取决于泡沫铜PPI、高度以及堆积方式。

著录项

  • 作者

    李伟;

  • 作者单位

    华北电力大学华北电力大学(北京);

  • 授予单位 华北电力大学华北电力大学(北京);
  • 学科 动力工程及工程热物理;工程热物理
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 周乐平;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    传热传质学,多孔通道,高碳醇溶液,汽泡行为,沸腾现象;

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