新型外分液结构调控水平管间歇流流型

相变传热广泛存在于换热领域,而两相流中的厚液膜是恶化相变传热的根本原因。提出在换热管壁面设计新型网状外分液结构,利用金属网进行间歇流气液非能动相分离,从而调控流型、强化传热。通过搭建空气-水水平管冷态实验台,证实当间歇流经过外分液结构时,气体在表面张力作用下被金属网孔拦截,液桥和厚液膜则被分离出换热管,使管内液相减少,气相汇聚,有效增大气相与管壁的接触概率;多级分液后气液两相长度比呈振荡上升,甚至将间歇流调控为分层流。减小液速或增大气速,分液效果越好,间歇流最终转变为分层流所需经历的外分液级数越少,预期此结构可显著提高相变传热效果。

相分离概念调控水平管分层流流型

冷凝传热广泛存在于各种冷凝器中,传统冷凝管内厚液膜将蒸汽与冷壁面隔开,是恶化冷凝传热的根本原因。提出采用非能动相分离概念,在冷凝管内设置柱状金属丝网,管壁与丝网之间形成环形间隙。液体在表面张力作用下被捕获到丝网内,气相在环隙内流动,使气液相分布与传热协同。为验证这一新颖学术思想,开展空气-水两相流实验,获得相分离概念调控水平管内分层流实验结果。发现当水平管内具有一定液位高度时,全部液体被捕获到网内流动,管壁完全被气相覆盖,实现'气托液'模式。水平管内液位较低时,部分液体被捕获至丝网内,气相与管壁接触面积增大。按以上相分离方法对分层流的调控,在发生冷凝传热时,预期可实现高强度冷凝传热。

插入圆柱状丝网管对单相对流传热的强化

提出在传热管内插入圆柱状丝网管调控流场进而强化传热的方法。通过在管内同心插入圆柱状丝网管，将流通截面分成中心区和环隙区，流体流经丝网入口处时受到阻力较大，大部分流体流向环隙区，使得速度场受到调控。环隙区与中心区内冷热流体掺混，强化传热。为验证这一思想搭建强制对流换热实验台，以去离子水为工质，Reynolds数为2392～20175，热通量为50.18～282.88 kW·m-2。通过对局部、平均Nusselt数及摩擦压降数据的研究，结果表明：同光管传热相比，插入丝网管后平均Nusselt数提高，传热强化系数为1.21～1.84，且最大强化系数发生在过渡流内。入口段强化效果明显，局部传热强化系数最高可达到2.64。而强化传热的同时摩擦压降增大6.1～10.6倍。同时对该结构的传热强化机理进行分析：流场受到丝网管的调控作用，进而强化传热。

管内冷凝强化传热方法研究进展

管内冷凝现象经常存在于各种冷凝器中,为了强化管内冷凝换热,以节省能源和缩小设备尺寸,大量的管内冷凝强化传热方法被研究和利用。从实现方式的角度出发,将各种强化传热方法分为换热管处理法、插入物法、外部辅助强化法。回顾了各方法的研究进展,同时对各方法的优缺点进行了总结。

气/汽-液相分离技术研究进展

从相分离原理的角度出发,分别介绍了惯性力相分离、离心力相分离以及毛细力相分离技术。其中,惯性力相分离技术主要介绍T型管的应用,毛细力相分离技术分别介绍了毛细管、多孔膜以及金属丝网3种主要结构。同时简要评价了各相分离技术的优缺点及发展趋势。

微针肋通道内流动沸腾不稳定性的研究

制作了一种交叉排布微针肋的硅基微通道,通道的长、宽和高分别为20 mm,5.5 mm和75μm,通道中的微针肋是截面为15μm×15μm的正方形立柱。研究了水在该通道内进行沸腾两相流动时通道底面壁温的不稳定性波动。研究工况为:入口流体温度θin=89.1℃,流量G=361.8 kg/(m2·s),有效热流密度q=88.1 kW/m2。采用小波分析方法对数据进行降噪。结合壁温数据和同步可视化照片,观察到并解释了两种类型的高频壁温波动:低频高幅的由于密度波引起的波动以及高频低幅的由于局部流态转换引起的波动。同时由可视化照片可得出交叉排布微通道内气泡生长过程具有爆炸性和向下游性,沸腾时通道内部出现"液孤岛"现象。

微流体系统中沸腾特性的研究进展

通过分析微流体系统沸腾过程中两相流流型、压降特性和传热特性三个关键问题,总结了微流体系统中沸腾特性的研究进展。分散流、间歇流和环状流是微通道的三类基本流型。流型和传热分析中考虑了壁面润湿性、表面粗糙度及表面缺陷等因素。提出了横跨大尺度到微尺度的综合型流型图和压降预测方法的基本构想。微尺度相变传热领域还需要在流型转化界限、传热分区及预测、临界热流密度等方面进行深入研究,对新型通道结构、新的混合流体和新的应用背景下的特殊流体进行更为广泛的讨论,为微蒸发器的设计、制造及运行提供参考。