短脉冲激光作用下爆发沸腾的温度及汽泡行为研究

采用短脉冲激光加热浸没在丙酮液池的铂薄膜电阻的方法,以及高压电火花单次放电高速照相技术,在国内首次建立了超急速爆发实验台,达到了微秒级的温度频响和2×106帧/s的高速照相.研究发现,随着激光热流密度增加,试件表面温度快速升高到一饱和值,与过热液体的动力学理论极限温度非常接近.拍摄到了与常规沸腾很不相同的蘑菇云式爆发沸腾照片.试件表面及临近表面的微薄液层内瞬间爆发生成大量大小相当的细小汽泡,汽泡脱离直径远低于经典Fritz公式计算值,上浮速度先快后慢.

经典理论对超急速爆发沸腾的适用性

分析了难以用经典热力学、动力学理论求液体极限温度的原因,指出了三种汽泡形核率公式的异同点及适用条件,分析表明常规沸腾汽泡压力公式及经典汽泡动力学理论因其过多的理想化假设和简化而不适用超急速爆发沸腾。

超急速爆发沸腾传热的实验与理论研究

超急速爆发沸腾研究具有重大理论与实用价值。本文在实验研究的基础上,建立了脉冲激光作用下超急速爆发沸腾传热数学模型,并采用恰当的数值处理方法进行了数值模拟计算。结果表明,计算与实验结果基本吻合,在超急速爆发沸腾过程中,汽相、液相的升温吸热以及汽化潜热等是影响温度变化的重要因素,实际过程中应综合加以考虑。

脉冲激光加热下超急速爆发沸腾现象观测

以不同体积配比的纯丙酮/乙醇混合液体为实验工质,进行了脉冲激光加热下超急速爆发沸腾的实验研究。采用快速瞬态温度检测系统测定了爆发沸腾过程中金属薄膜表面温度变化规律,采用显微放大摄影系统观测与拍摄了液体工质产生爆发沸腾时气泡生成与运动的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比及工质中加入纳米颗粒等因素对超急速爆发沸腾的影响规律。

超急速爆发沸腾研究的新实验方法

在总结分析前人实验方法的优缺点基础上 ,在国内首次建成了超急速爆发实验台 ,其特点如下 :加热和测温信号互不干扰 ,温度测量频响快、精度高 ,且避免了测量滞后 ,温度测量动态响应时间小于 1μs ;采用高压电火花放电技术 ,高速照相速度快 ;采用了汽泡轮廓清晰并可以研究整个过程以及光源强度要求低的侧照方式 .照相最高放大倍数可达 10 0倍 ,研究范围为 1～ 90 0 μs .

短脉冲激光加热下液氮爆发沸腾实验观测

21世纪的超导研究将步入实用化阶段。在超导体工作中,其所处的低温环境(液氮、液氦)有可能受到瞬时高热流的冲击,从而导致爆发沸腾的发生,甚至影响到超导体的安全、稳定工作。对此,有必要进行系统的实验和理论研究,揭示低温工质的爆发沸腾现象与过程特征。本文就是基于这一目的,首次从实验角度观察液氮的爆发沸腾行为,拍摄到液氮爆发沸腾时的系列照片,并测量了脉冲加热期间以及之后的温度变化。发现了一些新颖并值得关注的现象。

饱和液氮爆发沸腾实验与传热机理分析

瞬态高热流加热下饱和液氮会发生爆发沸腾,而对于该过程的特殊传热机理因素,目前还没有相关的深入研究和分析。本文基于实验,在总结沸腾传热机理研究成果的基础上,重点分析了饱和液氮爆发沸腾过程中以汽泡群形态实现热量传递的特殊之处,并进行了理论模拟验证。结果表明,汽泡群内部众多汽泡所发生的破裂收缩行为,会释放潜热并形成热流,成为爆发沸腾独特的传热机理影响因素。

爆发沸腾形核分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了液氮和水爆发沸腾中均相形核能量转换过程,通过计算系统势能变化分析了热流量和高能分子团尺寸对形核过程能量转换的影响,并分析了水和液氮爆发沸腾形核区别。结果表明,热流量与高能分子团半径的增加都会使系统中的势能转化增加。在模拟后期,水的势能转化趋于平稳,液氮势能转化逐渐升高,这与液氮与水分子之间的相互作用有关。

水下激光加工的爆发沸腾实验研究

为了探寻水下脉冲激光加工的合适焦点位置,并与空气中的加工效果进行对比,采用改变激光焦点位置轰击导热硅胶片的方法进行实验。用激光扫描共聚焦显微镜测量凹坑尺寸,并绘制了凹坑深度、宽度与焦点位置趋势图。用高速摄影仪拍摄水下激光加工现象,得到了等离子体闪光及其诱导产生的空化泡现象,并进行了理论分析和实验验证。结果表明:当焦点位置在材料表面以下时,水下激光加工是热传导、等离子体冲击波及空化泡冲击波共同作用的结果,激光加工效率与激光焦点位置密切相关。

系统变量对低温环境下超急速爆发沸腾的影响

本文以脉冲激光为热源,以高响应、高精度铂薄膜电阻为测温和加热元件,进行了低温工质(液氮)超急速爆发沸腾的实验研究。利用显微放大摄影系统对不同工况的沸腾过程进行了拍照,发现不同系统变量:如试件表面状况、激光参数对低温工质(液氮)超急速爆发沸腾行为有着重要的影响。

超急速爆发沸腾的傅立叶与小波分析

采用快速瞬态微型压力测量系统对脉冲激光加热下无水乙醇超急速爆发沸腾过程中液池内压力变化进行了测量,利用傅立叶变换、小波分析等理论工具对该过程的能量与频率特性进行了分析,并对汽泡群行为进行了理论推测。结果发现,爆发沸腾过程中压力信号频率处于MHz量级;在不同阶段气泡群行为具有不同特点。

脉冲激光照射下混合工质超急速爆发沸腾研究

用脉冲激光加热浸没于不同体积配比的丙酮与乙醇混合液中的金属薄膜,使其产生很高的温升速率,从而导致混合液产生爆发沸腾.采用快速瞬态温度检测系统测定了薄膜表面温度变化规律.采用显微放大摄影系统观测与拍摄了混合液体工质产生爆发沸腾时汽泡生长的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比等对超急速爆发沸腾的影响规律.

液化天然气水域排放爆发沸腾发生机理实验研究

针对液化天然气(LNG)水域泄漏爆发沸腾现象,搭建可视化实验系统平台,该实验系统可以实现控制LNG喷射入水深度、调节水温、控制喷射压力和调节LNG组分浓度等功能,并通过高速动态记录仪和压力、温度传感器等监测仪器对LNG水域排放过程进行研究.将爆发沸腾基础理论与实验结果相结合得出:在入水深度不受限情况下,LNG混合液的沸腾剧烈程度相对较高;LNG与水之间的速度差越大,LNG中初始甲烷组分浓度越低,越容易发生爆发沸腾,而且发生爆发沸腾的时刻越提前,所产生的沸腾强度也越大.实验中获得的LNG水域排放爆发沸腾最大热流密度为1.7 MW/m2.

热激励下碳纳米管与水混合体系传质传热的分子动力学模拟

爆发沸腾换热和纳米流体传热具有很重要的理论和实用意义.但由于爆发沸腾传热过程中,液体内部空间温度梯度大,相变速度快,表现出一定的特殊性,纳米流体传热对其传热过程机理的研究,往往需要在实验条件难以实现的空间和时间极限下,充分研究液相和气相内部的温度、压力和运动状态及其空间分布.采用分子动力学的方法,通过对比研究纯水和碳纳米管/水混合体系爆发沸腾过程,对两种体系密度分布、温度场和应力场研究和对比分析,揭示碳纳米管/水混合体系的强化换热机理,探究碳纳米管对混合体系爆发沸腾换热和纳米流体传热的促进作用.

微纳米颗粒的激光去除

微纳米颗粒的去除是半导体、微电子、微型机械、精密光学等高新技术中的关键问题,而常规清洗方法难以有效去 除。近年来国际上发展的DLC、SLC激光去除方法非常有效,本文对DLC、SLC的实验方法、去除机制、影响因素和规律等进 行综述,指出了存在的问题。