超声波对微细通道内纳米制冷剂流动沸腾传热影响

摘要

为探究有无超声波作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性,该研究设计了一种可以放置超声波换能器的微细通道试验段,运用超声波振荡法制备了纳米颗粒质量分数为0.1％、0.2％、0.3％的均匀稳定TiO2/R141b纳米制冷剂.在设计系统压力为152 kPa,有效热流密度的范围为10.8～22.7 kW/m2,超声功率为50 W,超声频率为23 kHz,质量流率为121.1 kg/(m2·s),入口温度为35℃的工况下,在截面宽度为2 mm的矩形微细通道内进行流动沸腾试验.研究结果表明:纳米颗粒质量分数为0.2％时的传热系数较高,强化传热效果较好,超声波作用下仍是质量分数为0.2％的纳米流体强化传热效果较好,相对于无超声情况下R141b平均饱和沸腾传热系数最大提高了89.9％.热流密度对超声波强化传热效果有很大影响,不同热流密度下强化效果有明显差距,声场作用下纳米制冷剂的平均饱和沸腾传热系数随有效热流密度的增大呈先增后降的趋势.通过COMSOL软件对通道内汽液界面的声场进行了模拟,模拟结果表明超声波在汽泡中的传播较弱.对于质量分数为0.2％的纳米制冷剂,进出口超声作用下超声强化因子最大为1.46.该研究结果可为通过施加超声波提高微细通道换热性能提供新思路.