强化沸腾传热技术在大型芳烃联合装置中的应用

阐述了沸腾传热过程、沸腾传热机制及常用的强化沸腾传热手段,并以200万t/a大型芳烃联合装置为例,介绍了涉及沸腾传热过程的设备概况,比较了普通光管换热设备和使用强化沸腾传热技术的高通量换热设备的传热面积、设备质量。结果显示,采用强化沸腾传热的高通量换热设备,在相同的传热温差下,传热面积、设备总质量可以减少约28%,同时设备占地、管道投资均会有所减少。

多孔表面的制造方法及其强化沸腾传热效果的比较

主要对用于强化沸腾传热的多孔表面的制造方法进行了介绍,对各种多孔表面强化沸腾传热的特性进行了比较和分析。最后探讨了多孔表面强化沸腾传热研究的发展方向。

微结构表面上FC-72的强化沸腾换热研究

针对电子器件的高效冷却问题,对表面加工有微结构的硅片上FC-72的池沸腾换热性能进行了实验研究。测试了四种表面微结构,采用化学蒸汽沉积法在芯片表面生成-SiO2薄层所形成的亚微米粗糙面(Chip CVD),采用溅射方法在芯片表面生成-SiO2薄层,然后再对SiO2层进行湿式腐蚀技术处理形成的亚微米粗糙面(Chip E),采用一系列微电子加工技术生成的微米级双重入口洞穴(Chip CAVITY)以及采用干式腐蚀方法生成的方柱微结构(Chip PF)。实验所得的沸腾曲线表明,所有微结构表面与光滑面(Chip S)相比都显示出较大的强化沸腾换热效果,临界热流密度按芯片 S、E、CVD、CAVITY和PF的顺序增大。对于芯片PF来说,随着壁面过热度的增加,热流量呈剧烈的增加趋势且临界热流密度时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的临界上限温度85℃,最大临界热流密度可达80 W／cm2。

多孔微槽道复合结构的强化沸腾传热性能

设计了一种多孔微槽道复合结构,首先在高温条件下通过烧结将颗粒状铜粉与基体紧密结合在一起,形成具有一定厚度的多孔层结构;再利用线切割在多孔层上加工出具有一定深度的微槽道结构.微槽道结构不仅增加了沸腾时烧结多孔层的表面积,还提供蒸汽通道来保证蒸汽在较小阻力情况下逸出,从而利于气泡脱离;同时在液体剧烈沸腾时可以提供气液两相通道,从而分离气液相对流动.文中还分析了多孔微槽道复合结构关键参数(微槽道数目、微槽道角度、槽宽和槽深等)对沸腾传热效果的影响.实验结果表明,微槽道数目越多,微槽道深度越大,气液界面接触面积越大,强化沸腾传热效果越明显.

R32/R134a水平内螺纹管内流动沸腾强化换热实验研究

对非共沸混合制冷剂R32 R134a(2 5 %Wt 75 %Wt)在水平内螺纹强化管中的流动沸腾换热特性进行了研究。实验结果表明 :在内螺纹强化管中的流动沸腾换热性能比在光管中有较明显的提高 ;强化管强化系数变化的大致范围为 1.5～ 2 .2。根据活化穴、二次流和毛细提升三者之间的相互作用 ,探讨了内螺纹强化管的强化机理 ;并从重力影响、非共沸混合工质组分差与二次流影响的角度上 ,对在环状流下混合工质R32 R134a在内螺纹强化管和光管中流动沸腾换热时管子周向壁温的变化特征作出了分析。

添加表面活性剂的沸腾换热强化研究进展

从沸腾换热特性及其影响因素、沸腾汽泡行为和沸腾换热关联式等方面综述了添加表面活性剂的沸腾换热强化研究现状。现有研究指出界面吸附、分子结构、粘度、溶解特性等因素对表面活性剂溶液沸腾换热的作用机制与表面活性剂种类和溶液浓度密切相关,但是蒸汽携带活性剂、非离子活性剂浊点、加热方法、系统压力、参数耦合等因素对表面活性剂溶液沸腾换热的影响规律的研究还需深入开展。在沸腾汽泡行为方面,表面活性剂溶液沸腾汽泡行为与水存在较大差异且与活性剂种类有关,表面活性剂溶液沸腾汽泡行为的理论研究还需加强。此外,现有文献建立的表面活性剂溶液沸腾换热模型及关联式存在验证所用的实验数据较少、模型参数难以确定等不足。最后,在总结现有研究进展的基础上对表面活性剂溶液沸腾换热的后续研究工作提出了建议。

沸腾换热强化特性实验研究

沸腾换热具有传热温差低、换热系数高等优点,对提高设备的紧凑性、经济性和安全性具有重要意义。目前,核动力装置中主要以光管作为沸腾换热元件,沸腾换热强化的空间很大。本文针对核动力装置非能动余热排出换热器沸腾换热工况,以水为工质,对光管及3种强化管的管外沸腾换热特性进行实验研究,得出了4种管型的沸腾换热强化特性,并分析了各强化管的强化机理。整体针翅管表面大量螺旋排列的三维翅片增大了换热面积、延缓了汽泡在壁面附近聚合形成大汽膜,使沸腾换热得到强化;多孔管采用机械方法在壁面加工出大量微细小孔,汽化核心数量和汽泡脱离频率均大幅提高,因此,沸腾换热强化效果显著;绕丝针翅管是一种复合强化手段,兼有整体针翅管和多孔管的优点,沸腾换热强化效果也较好。

添加剂强化沸腾传热性能的综合评价及预测

用模糊数学的方法对添加剂强化沸腾传热的性能建立了评价及预测模型。对文献中及作者试验过的３７种添加剂强化沸腾传热的效果作了拟合评价，结果表明，有３３种添加剂的评价结果与实测结果相符合，准确率为８９．２％．此外，还对油酸钠和聚乙烯醇两种添加剂强化沸腾传热的能力作了预测，结果也与实测结果相吻合．

铝多孔表面换热管强化沸腾换热的研究及其工业应用

对铝多孔表面管的传热性能进行了研究。结果表明 ,铝多孔表面对强化液体沸腾换热有显著效果 ,沸腾传热膜系数比光滑管提高 5～ 6倍 ;由应用实验和工业数据获得的管外铝多孔表面沸腾传热膜系数关联式 ,计算误差小于± 1 2 %。对使用铝多孔表面管的经济效益进行了深入分析。

复合金属丝网表面强化沸腾传热的研究进展

综述了复合金属丝网多孔表面的强化沸腾传热现状。介绍了复合金属丝网多孔表面的结构特性、强化沸腾传热特性;分析了丝网层内的传热传质过程。研究表明,烧结金属丝网多孔表面是一种很有工业应用前景的强化沸腾传热表面。

铝多孔表面换热管强化沸腾换热的研究及应用

对铝多孔表面管的传热性能进行了研究,结果表明,铝多孔表面对强化液体沸腾换热有显著效果,沸腾传热系数比光滑管提高5～6倍;应用实验和工业数据获得的管外铝多孔表面沸腾传热系数关联式,计算误差小于12%,并对使用铝多孔表面管的经济效益进行了比较。

自然循环回路内芯片的强化沸腾换热研究

针对电子器件的高效冷却问题,对自然循环回路系统内表面加工有方柱形微结构的硅片上FC-72的强化沸腾换热性能进行了实验研究。测试了两个芯片,其表面上的方柱形微结构的边长均为30μm,但高度分别为60μm和200μm。沸腾介质的过冷度设为10 K、25 K和35 K。随着壁面过热度的增加,微结构表面芯片上的热流密度急剧增加且临界热流密度时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的临界上限温度85℃,这与其在池沸腾换热中的特点一样。但临界热流密度值与池沸腾情况相比有所降低。

垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数值分析

在对流动特性和换热机理进行分析的基础上, 建立了垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数学模型和数值计算方法. 该模型认为环状流区域同时存在强制对流与核态沸腾两种换热方式. 液膜厚度、速度与温度等参数通过求解液膜的质量守恒、动量守恒、能量守恒方程获得. 核态沸腾换热则包括气泡脱离带走的热量及用于加热气化核心影响区流入液体的热量两部分. 提出了流动沸腾情况下的多孔层气泡脱离直径及气化核心密度计算方法. 对异丙苯在火焰喷涂型垂直多孔表面管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测, 大部分工况的计算值与实验结果符合良好. 在低干度区 (x=0. 1), 核态沸腾在总换热中的比例约为50%. 随着干度的增加, 核态沸腾受到越来越大的抑制, 当x为0 .5时, 这一比例降低到约15%.

多级复合芯结构的强化沸腾传热研究

采用固相烧结技术制备了均匀多孔层、复合16芯和复合32芯三种多孔结构,并且建立了池沸腾传热测试系统来研究不同芯数量、粒径与结构高度对多孔结构沸腾传热性能的影响。实验结果表明,在测试范围内复合层高1 mm的多孔复合32芯结构传热性能较强,临界热通量(CHF)最高为386 W/cm^(2),传热系数最高达到9.5 W/(cm^(2)·K)。同时利用高速摄影观察气泡行为来研究强化沸腾传热机理。可视化数据表明,相比于光滑表面,在高热通量下多孔复合表面上气泡周期更短,脱离更快,气泡的离开带来了更多的液体补充,进而不断提升传热性能,获得更高的CHF值。

微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m2将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度ΔTsub=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界热流密度.此外,改变入口流速和过冷度对临界热流密度有明显影响且趋势相同,减小入口流速和过冷度都会增大临界热流密度的提升比例.在本文的实验条件范围内,在水的流速v=0.1 m/s、过冷度ΔTsub=10.0 K的条件下,实现了最高约43.4%的临界热流密度提升比例.

孔-槽沸腾强化结构的犁切-挤压试验研究

基于犁切-挤压加工方法,在2mm厚的铜板表面进行交错犁切-挤压加工,以加工具有孔-槽特征的沸腾强化结构。试验发现犁切-挤压的深度和进给量是影响结构成形的主要加工参数,以0.8mm和1.2mm为一次犁切-挤压的深度和进给量,并以1.68mm为二次犁切-挤压进给量时,加工出具有孔-槽特征的沸腾强化结构。

太阳棒翅沸腾强化管

本文在简要概述几种大家熟悉的沸腾强化管的基础上,主要介绍了一种新型沸腾强化管—太阳棒管,论述了它的强化依据,并给出了该棒翅效率试验实例和棒翅等特定翅肋管用于沸腾传热的一般性模型。

强化沸腾干燥机的研制

强化沸腾干燥机的研制化工部干燥设备技术开发中心江阴市万利干燥设备厂徐永生目前，国内很多工厂对膏状、粘性物料大都采用厢式干燥器干燥，然后用粉碎机粉碎。而厢式干燥器有占地面积大，能耗高，劳动强度大，环境污染严重，产品质量不稳定等缺点。近年来在集多种干燥机...

工程热物理所在石墨烯自组装表面强化沸腾传热研究中取得进展

石墨烯等碳纳米材料有优异的力学、热学性质及化学稳定性,近些年在强化沸腾传热方面引起了学者的极大关注。基于碳纳米材料的沸腾强化技术主要可分为纳米流体技术和纳米涂层技术。纳米流体技术是利用含有碳纳米材料的纳米流体代替水作为液体工质来增强沸腾传热性能。

强化沸腾干燥在农药生产中的应用

介绍了强化沸腾干燥机系统的构成、工作原理及其性能特点，并以实例说明了其用于农药干燥的有效性和高效性，满足了农药生产过程的要求。