Experimental study on convective boiling heat transfer in narrow-gap annulus tubes

Since convective boiling or highly subcooled single-phase forced convection in micro-channels is an effective cooling mechanism with a wide range of applications, more experimental and theoretical studies are re- quired to explain and verify the forced convection heat transfer phenomenon in narrow channels. In this experimental study, we model the convective boiling behavior of water with low latent heat substance Freon 113 (R-113), with the purpose of saving power consumption and visualizing experiments. Both heat transfer and pressure drop characteris- tics were measured in subcooled and saturated concentric narrow gap forced convection boiling. Data were obtained to qualitatively identify the effects of gap size, pressure, flow rate and wall superheat on boiling regimes and the tran- sition between various regimes. Some significant differences from unconfined forced convection boiling were found, and also, the flow patterns in narrow vertical annulus tubes have been studied quantitatively.

狭缝通道两相流强化换热研究综述

在狭缝通道高速流体的冲刷下 ,狭缝不易产生杂质沉淀污染传热表面使传热工况恶化。狭缝两相流传热技术结构紧凑 ,具有显著的强化效果 ,是一种既经济又有效地强化传热方法 ,因此狭缝传热在航空航天、微电子和核反应堆等领域得到广泛应用。狭缝两相流强化传热的主导传热机理是受压变形气泡底部的微液膜蒸发机理。本文对狭缝通道内两相流强化换热的研究进展进行了一些介绍 。

环形窄通道内流动沸腾换热及两相流型研究

实验研究了垂直向上窄缝环形管内流动沸腾换热特性和流型变化 ,窄缝宽度为 1～ 2 .5mm .实验结果表明 ,窄缝内沸腾传热有明显强化 ,并出现了区别于常规尺寸管内的两相流型和局部换热特性 .

窄环形通道流体特性的实验研究

采用套管式换热器,热水走管程,冷水走壳程,对间隙为0.50～2.50 mm,Re=0～5 000窄环形流道的流体进行了传热和阻力特性的实验研究。拟合出传热系数与雷诺数Re-K曲线。结果表明,窄环形流道结构紧凑,具有显著的强化传热效果,而且随着窄环形间隙尺寸的减小,传热系数增大。

窄缝环形管内流动与传热实验研究Ⅰ.单相强制流动换热

对垂直窄缝 (窄缝尺寸规格分 1、1 5和 2 5mm 3种 )环形管内氟 1 1 3单相受迫对流换热进行了研究 ,环缝的加热方式采用热水逆流双面加热。详细介绍了实验装置、过程和方法。实验结果表明 ,窄缝环形管内单相流动换热的Nu数与普通圆管内层流公式计算值相差较大 ,不能套用传统的单相流动换热模型来计算管内的对流换热系数。根据实验数据 ,将修正的Dittus Boelter公式用于计算窄缝环形管内的Nu数 ,平均误差在 1 8 6%以内。

窄间隙矩形通道间隙厚度对传热强化影响研究

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流临界热流密度(CHF)预测解析模型,得到了可以预测间隙厚度不小于0.5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF解析模型。计算表明,当窄间隙矩形通道的进口截面宽度与间隙厚度比为25～85时,通道内的CHF值强化比较明显。根据汽-液两相介质的特点,推导出了在沸腾两相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则。分析计算表明,这个判定准则是合理的,传热强化较好的进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。综合两者的计算结果,窄间隙矩形通道内传热强化的参考进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。

半球体窄缝通道流动换热与冷却能力试验

在美国TMI-2发生严重事故时,反应堆下封头内累积了大量的熔融物,经过一段时间观察,下封头未被熔融物熔穿。因此提出了一些可能的冷却机理,其中间隙冷却机理被认为是最有可能的一种。本文进行了窄通道流动换热与冷却能力的试验,旨在探索窄缝的传热机理和冷却能力。试验中半球形采用向下加热,并观察流动换热现象。在分组试验过程中窄缝间隙选取为2mm和4mm两种,采用不同的加热功率对铜球进行加热。试验结果表明:在窄通道试验中,冷却过程与壁面加热、间隙大小有着不可分割的关系;壁面温度对窄通道冷却有着较大的影响;在窄通道流动换热与冷却过程中,对于单相对流换热,强制对流冷却的效果大于自然对流的冷却效果;对于多相对流换热,强制对流的冷却效果也大于自然对流的冷却效果。

竖直矩形狭缝通道内环状流沸腾换热分析模型

对竖直矩形狭缝通道内有液滴卷吸环状流阶段流动沸腾进行分析。以液膜紊流的动量方程和能量方程为基础,加上相应的边界条件和使控制方程组封闭的经验关系式,建立了环状流的数学模型并进行数值计算,得到了矩形狭缝通道内的液膜厚度分布、沸腾传热系数等结果;将模型预测的换热系数同实验关系式作比较,最大相对误差为17.8%。

窄环隙内单相对流换热的实验研究

鉴于流体在小尺度流道内流动换热时所表现出的特殊性 ,对水在竖直环隙内受迫流动时的单相对流换热特性进行了实验研究 ,两组实验件的环隙宽度分别为 0 9mm和 2 4mm。实验结果表明 ,窄环隙可以对单相对流换热起到强化作用 ,但较 2 4mm环隙而言 ,0 9mm环隙不但不能进一步强化换热 。

垂直向上窄间隙矩形通道内单相传热特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相传热特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围涵盖层流、过渡和湍流流动的平均努谢尔数实验数据,并基于实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,Shah和London、Dittus-Boelter、Gnielinski提出的努谢尔数预测关系式均与实验数据具有良好的一致性,本实验得到的数据可为运动条件下的非等温传热特性研究提供对比依据。