池沸腾

摘要： 综述了近些年来国内外利用表面涂层技术强化池沸腾传热的研究进展。对表面涂层的制备工艺进行了归纳总结,重点分析表面涂层的结构和表面润湿性对池沸腾传热的影响。为表面涂层技术进一步强化池沸腾传热的研究提供参考。

摘要： 采用五轴联动数控加工制备了具有微沟槽结构表面的铜基样品,利用池沸腾实验研究了微沟槽结构对沸腾传热和气泡产生、长大、脱离的影响。结果表明,具有微沟槽结构表面的样品沸腾换热性能明显优于具有光滑表面的样品;随着样品沟槽宽度的减小,临界热通量及换热系数均不断增大,换热性能明显提升。

摘要： 为研究过冷沸腾中气泡的生成机理并为壁面沸腾模型的建立提供数据支撑,本研究采用透光的氧化铟锡(ITO)薄膜作为加热材料,使用激光干涉法和高速相机对池沸腾中单气泡的生长过程进行同步测量,获取了气泡底部微液层的结构和变化过程,同时得到气泡干斑直径、气泡直径等相关参数。研究结果表明,气泡生长过程可分为底部存在微液层的生长阶段和底部完全蒸干后的脱离阶段两部分,两阶段的时长大致相当。在生长阶段,干斑直径和接触直径逐渐增大;在脱离阶段,接触直径逐渐减小。在气泡稳定生长时期,接触直径与气泡直径的比值约为0.6。实验结果验证了微液层边缘存在弯曲结构。本研究获得的气泡微液层演变数据可为气泡生长模型提供实验支撑。

摘要： 随着半导体技术和电子技术的快速发展,高集成化和高性能化的微电子器件在航空航天、能源、医疗和汽车工业等领域发挥着越来越重要的作用.为了避免出现高热流密度引起的器件高温失效问题,对微电子器件进行有效热管理是非常关键的.传统的风冷和液冷技术不仅功耗高而且散热效率低,严重影响了器件的稳定性和可靠性.近年来,国内外研究者提出了多种新型被动式和主动式强化换热技术.其中,纳米流体强化换热技术由于成本低、操控灵活和形式多样性的特点,受到了广泛的关注.特别是对于二氧化硅纳米颗粒,良好的机械和化学稳定性、丰富的结构形式和多样化的合成方法等优势引起了研究者极大的兴趣.目前,二氧化硅纳米流体在导热、对流和辐射传热方面都有显著的强化性能.以电子器件液冷技术为背景对二氧化硅纳米流体在强化对流换热的研究进展进行了系统综述,首先介绍了二氧化硅纳米流体的性质和制备方法,然后讨论并总结了二氧化硅纳米流体在单相对流(自然对流和强制对流)和相变对流(池沸腾和流动沸腾)领域的研究现状,最后强调二氧化硅纳米流体对流换热技术存在的问题以及未来发展的方向,为建立高性能纳米流体液冷换热技术体系提供相应的思路和参考.

摘要： 为了研究海洋核动力平台非能动余热排出换热器(PRHR HX)池沸腾换热特性,设计搭建功率比1∶50的实验装置,研究PRHR HX运行过程中池沸腾传热特性,评价传统经验关系式在预测PRHR HX池沸腾换热系数时的适用性。实验结果表明PRHR HX局部池沸腾换热不均匀,PRHR HX下部沸腾强度明显弱于上部;随着热负荷升高,池沸腾换热趋于均匀。实验数据拟合所得到的半经验换热关联式与实验结果符合良好,偏差在±9%以内。研究结果可为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供参考。

摘要： 临界热流密度(CHF)是反应堆重要的限制性热工水力参数之一,它的大小直接影响了反应堆的安全性和经济性。由于CHF涉及沸腾、两相流等复杂的物理现象,因此通常采用实验的方式来获取。该文介绍了国内外临界热流密度相关的机理性实验和工程性实验研究工作,总结了实验技术相关方面的特点,可为反应堆热工水力学中CHF相关的实验研究提供技术参考。

摘要： 以纯水作为介质,使用高速摄像技术针对池沸腾加热底面肋型不同工况下的池沸腾换热特性进行实验研究。研究了无肋、中间打断式、三断式肋3种加热底面肋型沸腾池强化换热特性,分析了不同底面肋型条件对沸腾池壁区边界层两相特征的影响规律。结果表明:相同热流密度条件下,换热三断式肋型池沸腾气泡脱离速度明显加快,气泡运动距离、气泡脱离直径最小,底面气泡生成时间最短,强化换热效果最显著,中间打断式肋型对池沸腾强化换热作用弱于三断式肋型作用;热流密度相同时,与光板肋型池沸腾相比,中间打断式肋型池沸腾换热系数增大约8%,三断式肋型池沸腾与光板肋型池沸腾换热系数相比增大约16.5%,在无肋、中间打断式、三断式3种底板类型沸腾池中加热底板肋型为三断式的沸腾池强化换热性能最好,三断式的底面肋型可以提高池沸腾强化换热性能,增强换热能力。

摘要： 通过可视化试验研究泡沫铜的孔密度对池沸腾换热性能的影响,并对气泡的动态行为和液体补充方向进行理论分析。将泡沫铜的孔密度划分为低孔密度和高孔密度分别进行讨论。通过记录的泡沫铜表面沸腾气泡图像研究气泡的行为特性,基于气泡脱离形式和宏观气液流动方向探究不同孔密度泡沫铜的强化换热机理。结果表明:低孔密度下泡沫铜表面的池沸腾换热性能随孔密度的增大而增强,高孔密度下则反之。低孔密度的泡沫铜表面逃逸气泡尺寸变化不大,其沸腾气泡逃脱路径呈直上直下形式;高孔密度的泡沫铜表面逃逸气泡尺寸波动范围大,表面气泡逃脱路径杂乱无序,气泡横、纵向合并现象常见。沸腾气泡逃脱阻力增大和外部液体补充空间的减小是限制泡沫铜沸腾换热性能增强的原因。

摘要： 池沸腾是重要的传热模式之一,广泛应用于诸多工业领域.饱和压力的变化会影响传热工质的热物性,进而引起表面核化及气泡动力学参数的改变,因此饱和压力对池沸腾传热性能具有显著影响.本文在不同饱和压力(0.07MPa、0.10MPa、0.15MPa及0.20MPa)工况下对HFE-7100工质在纳米级粗糙度光滑铜基表面的池沸腾传热及可视化实验进行了研究,针对饱和压力对池沸腾传热的影响机制进行了深入探讨,同时采用相关池沸腾传热及临界热通量预测模型对传热性能曲线进行了对比分析.光滑铜基表面的平均粗糙度为19nm,HFE-7100工质在其上的静态接触角为9.83°.可视化图像展现了沸腾孤立气泡生成、充分发展合并及核化沸腾向膜状沸腾转换的过渡状态.实验数据表明,饱和压力的提升可强化池沸腾传热能力及提升临界热通量.相较于0.07MPa低压池沸腾,0.10MPa、0.15MPa及0.20MPa条件下池沸腾的最大传热系数分别提升29％、59％及75％,传热系数的平均提升率分别为24％、50％和63％,而临界热通量分别增加27％、48％及64％.相对而言,Forster和Zuber(1955)建立的池沸腾传热预测模型及Guan等(2011)建立的临界热通量预测模型较为准确地预测了本研究操控条件下的池沸腾实验数据.

摘要： 池沸腾临界热通量是沸腾相变传热的重要参数,决定了相变换热器件的推广应用.表面粗糙度和饱和压力对沸腾传热边界层分布、表面铺展润湿及工质动力学特性具有重要影响,进而对临界热通量作用显著.本文对H FE-7100工质在4种不同粗糙度的铜基表面(0.019、0.205、0.311和0.587μm)条件及在不同饱和压力(0.07、0.10、0.15及0.20 MPa)工况下的池沸腾稳态临界状态下的传热及可视化实验进行了研究.对表面粗糙度及饱和压力对稳态临界沸腾的影响机制进行了分析,并考察了临界热通量预测模型对临界热通量的预测准确性.可视化研究表明,临界状态下的沸腾气液两相工质由小气泡、大气泡、气柱及蘑菇状气团组成,而在过渡状态下,沸腾表面会形成非平滑气膜,并不断分离出气泡.同时传热数据表明,表面粗糙度及饱和压力的增加能使表面临界热通量得到提升.相比而言,Bailey等建立的临界热通量预测模型能相对准确地预测H FE-7100工质沸腾临界热通量数据.为进一步提升预测准确度,建立了临界热通量无因次参数K预测经验关联式,其预测值与本实验及文献实验数据吻合较好.

摘要： C型管束管外池沸腾换热是非能动余热排出换热器基本工作原理之一.通过对常压下C型管束管外池沸腾换热的实验研究,分析了管束中局部管段沸腾现象和外壁面过热度沿管程变化规律,对比了管束与单管以及管束中各管的换热能力.结果表明:管束中局部换热不均匀,C型管束顶部换热能力大于底部换热能力;管束中间管换热系数是单管的1.34～1.44倍;管束外侧管换热系数大于内侧管,可达到内侧管的1.19倍.管束沸腾换热系数实验值与常用大容积沸腾经验关系式计算值比较表明,Rohsenow关系式沸腾换热系数计算值与实验值符合较好,相对偏差小于6％.

摘要： 为提高沸腾传热,以粉末烧结的方式制备了多尺度表面,并在常压下以去离子水为工质,对其进行了沸腾传热实验,研究了表面结构、液体温度、热流密度以及壁面过热度等参数对池沸腾传热的影响.结果表明,烧结多尺度表面能很好地协同蒸汽逸出和液体吸入对孔隙尺度的不同需求,从而显著降低沸腾起始点过热度,扩展表面承载高热流密度的能力,大大提高沸腾换热系数,最大换热系数约为光表面的5～6倍.

摘要： 纳米流体自1995年问世以来，在热科学及能源科学领域一直受着研究人员的关注。目前研究大部分都认为它具有高导热特性。本文对CuO-水纳米流体在6mm球状多孔介质上池沸腾进行了实验研究.实验使用了40nm的CuO纳米颗粒,加以不同浓度的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,配成多种不同配比关系的纳米流体.实验结果表明,分散剂浓度与纳米粒子浓度接近的纳米流体稳定性较好,沸腾传热效果高.分散剂浓度略高于CuO浓度时,如SDBS浓度为0.03％,CuO浓度为0.02％时传热系数最好,最大为4.2W/(cm2·K);而纳米颗粒浓度过大时,沉降效果明显,在不同程度上可增强或削弱沸腾传热.

摘要： 以多个不同管径的TiO2纳米管阵列修饰表面,以及不同特征的Ti表面作为传热壁面,以去离子超纯水作为沸腾工质,进行重复池沸腾实验.经过分析实验结果得出,管径大小不是对池沸腾传热性能产生重要影响的唯一主要因素,管径尺度的凹坑难以形成有效的汽化核心,不利于强化传热.

摘要： 近些年纳米流体的使用已经扩展到各个领域,考虑到其在热传导方面的优势,许多学者将其应用于沸腾换热中达到强化换热的目的.本文以纳米流体在柱状微结构表面的芯片进行池沸腾为对象进行实验,通过在FC-72溶液中添加粒径为40nm的γ-Al2O3颗粒制成的质量分数分别为0.01％和0.015％的纳米流体,并与FC-72非纳米流体为对比,对比发现:在柱状微结构表面,纳米流体工质相对于普通工质对池沸腾在中低热流密度下有一定的强化作用,在高热流密度下出现恶化,纳米颗粒在芯片上有少量沉积.

摘要： 堆内熔融物滞留(IVR)策略得以实施的关键在于压力容器下封头外部冷却(ERVC)能力,即压力容器下封头外部临界热流密度(CHF)高于下封头壁面对应的热流密度.本文通过结合Helmholtz不稳定性与液膜蒸发,提出了池沸腾下朝向曲面加热面临界热流密度的分析模型.由于表面张力作用,内部嵌有汽柱的薄液膜附着在下封头壁面外,Helmholtz不稳定性作用于薄液膜与汽柱的交界面;随着加热表面热流密度的增大,汽柱与液膜之间相对速度达到一定时,在Helmholtz不稳定性的作用下,汽液交界面产生畸变,并形成汽膜,阻碍主流液到达加热表面;当加热热流密度接近CHF时,液膜逐渐蒸发直至CHF触发.通过该模型计算得到了不同过冷度下,CHF随加热曲面方位角的变化,计算结果与现有的大量实验数据一致性较好.

摘要： 为了探究池沸腾的特征和机理,本文在光洁表面和多孔材料表面上进行了池沸腾可视化试验.利用高速摄像仪进行沸腾起始阶段成核的动态捕捉.通过试验发现对于不同工质在两种不同表面沸腾时壁面过热度、传热系数、气泡脱离的直径和频率存在很大差异.利用多孔材料和纳米流体可以显著提高池沸腾的传热系数,同时通过定性分析发现多孔材料表面上的沸腾的起始壁面温度也明显低于光洁表面上的.将多孔材料和纳米流体结合起来进行了系统的池沸腾可视化探究性试验,以研究沸腾过程中气泡的不同变化和换热能力的差异,而对于烧结结构参数对于传热效率的影响,本文没有做过多的讨论.

摘要： 以多个不同管径的TiO2纳米管阵列修饰表面,以及不同特征的Ti表面作为传热壁面,以去离子超纯水作为沸腾工质,进行重复池沸腾实验.经过分析实验结果得出,由于TiO2纳米管阵列修饰表面的润湿性能较好,其能明显提高池沸腾的临界热流密度(CHF).

摘要： 对某种强化管的池沸腾换热性能进行了实验研究,实验中管外以制冷剂R134a为工质,管内流体为蒸馏水.在恒定热流密度(20kW/m2)、饱和温度不变(7°C)和恒定管内水流速(2.0m/s)两种情况下,得到一系列实验数据,再通过Wilson图解法求得管内外换热关联式.由于铜管内表面的强化作用,管内对流换热系数达到光管的4.36倍.分析了换热系数与管内流体流速的变化,同时给出了管外换热系数ho与铜管壁面过热度(Tw-Tsat)的关系.

摘要： 从核态沸腾的角度分析了热流密度、压力、表面粗糙度及流体物性对换热系数的影响。总结了纯质的池沸腾换热关联式，通过对小热流密度和大热流密度范围下的换热分析得出CO2在小热流密度和大热流密度下的一种简化的换热关联式。通过将新的拟合公式值和预测关联式值进行比较，得到CO2的简化拟合公式值与理论关联式及实验拟合关联式的预测值的偏差在±16%之内。具有一定的通用性。

摘要： 本发明公开了一种化学环境下纳米流体池式沸腾实验系统和实验方法，该实验系统包括钢化玻璃水箱、实验段、角度调整机构和辅助装置。实验段主体加热片基座底部夹持安装带有金属涂层的加热片，加热片表面贴有热电偶，加热片基座顶部安装有密封罩，整个实验段通过角度调整机构进行360°旋转。角度调整机构通过齿轮组和轴承将实验段固定在钢化玻璃水箱上。辅助装置中耐腐蚀加热器和超声波震荡仪安装在钢化玻璃水箱底部，冷凝器安装在钢化玻璃水箱顶部。同时本发明还提供了不同化学环境下纳米流体的池式沸腾及临界热流密度实验方法，能够获得化学环境下反应堆压力容器下封头不同位置纳米流体的池式沸腾以及临界热流密度数据。

摘要： 本发明公开了一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置及方法，该装置包括海洋运动条件平台、水箱、高速摄像仪、实验段和角度调整机构；水箱固定在海洋运动条件平台上，其顶部安装有冷凝器，下部安装有辅助加热器。高速摄像仪安装在水箱侧面并与海洋运动条件平台固定。实验段与水箱连接，其内部紫铜块钻孔并安装有加热棒，紫铜块除底面外被保温棉包裹，保温棉外侧安装与紫铜块底面四周焊接的不锈钢罩，实验段底部安装可更换的铜片。实验装置能够进行单一或者复合的升潜、摇摆和振荡运动条件下，不同加热面倾斜角度下的池式沸腾实验并且能够测量临界热流密度。此外，该装置还可以通过更换加热面对不同微观结构表面的沸腾换热能力进行研究。

摘要： 本发明公开了一种化学环境下纳米流体池式沸腾实验系统和实验方法，该实验系统包括钢化玻璃水箱、实验段、角度调整机构和辅助装置。实验段主体加热片基座底部夹持安装带有金属涂层的加热片，加热片表面贴有热电偶，加热片基座顶部安装有密封罩，整个实验段通过角度调整机构进行360°旋转。角度调整机构通过齿轮组和轴承将实验段固定在钢化玻璃水箱上。辅助装置中耐腐蚀加热器和超声波震荡仪安装在钢化玻璃水箱底部，冷凝器安装在钢化玻璃水箱顶部。同时本发明还提供了不同化学环境下纳米流体的池式沸腾及临界热流密度实验方法，能够获得化学环境下反应堆压力容器下封头不同位置纳米流体的池式沸腾以及临界热流密度数据。

摘要： 本发明公开了一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置及方法，该装置包括海洋运动条件平台、水箱、高速摄像仪、实验段和角度调整机构；水箱固定在海洋运动条件平台上，其顶部安装有冷凝器，下部安装有辅助加热器。高速摄像仪安装在水箱侧面并与海洋运动条件平台固定。实验段与水箱连接，其内部紫铜块钻孔并安装有加热棒，紫铜块除底面外被保温棉包裹，保温棉外侧安装与紫铜块底面四周焊接的不锈钢罩，实验段底部安装可更换的铜片。实验装置能够进行单一或者复合的升潜、摇摆和振荡运动条件下，不同加热面倾斜角度下的池式沸腾实验并且能够测量临界热流密度。此外，该装置还可以通过更换加热面对不同微观结构表面的沸腾换热能力进行研究。

摘要： 本发明提供一种测试高热流密度材料板状燃料元件的池式沸腾实验装置，涉及材料测试的技术领域。其中，测试高热流密度材料板状燃料元件的池式沸腾实验装置，包括传热件和加热件，所述加热件的至少大部分表面积与所述传热件接触，并用于向所述传热件传热。此外，该测试高热流密度材料板状燃料元件的池式沸腾实验装置，可以将至少大部分热量传递至传热件，并且通过传热件传递给待测材料，可以明显地减少热量损失，从而提高了能源利用率。

摘要： 本发明公开一种高温池式碱金属工质间歇沸腾测量系统及方法，包括池式本体，加热装置和温度测量装置；所述温度测量装置安装在池式本体的内部，用于测量池式本体内部温度并传输到计算机；所述加热装置设置在池式本体外部的底部，用于对池式本体进行加热。池式本体顶部的温度测量装置可以获得沿直径方向上不同位置和不同深度处的温度分布；可应用于碱金属的间歇沸腾过程及蒸发冷凝过程(去掉本体外层保温棉)的研究，从而获得在不同部位尤其是相界面处的温度分布状况。

摘要： 一种板状元件池式沸腾实验装置，包括：压盖、板状试样、外层绝热层、加热棒、紫铜加热块和金属弹簧，其中：加热棒位于紫铜加热块内部，板状试样下端与紫铜加热块上端紧密接触，并与外层绝热层靠近紫铜加热块的上端也紧密接触，板状试样上端被压盖压住，并通过螺栓进行紧固，紫铜加热块的底部以及紫铜加热块与外层绝热层之间设有耐高温绝热层，紫铜加热块底部的耐高温绝热层底部设有弹性系数适宜的金属弹簧。本发明能够消除紫铜加热块与绝热层不同材料热膨胀系数差异所带来的传热效率下降问题。

摘要： 本发明公开了一种可视化池沸腾实验系统及其工作方法，实验系统包括池沸腾子系统、冷却循环子系统、数据采集子系统。本发明适用于不同压力下多种液体工质的可视化沸腾实验，不仅能够直接观察到测试底板上各阶段的沸腾现象，并通过高速摄像机获得气泡生成、长大、合并和脱离过程的动力学参数，而且还可以有效排除沸腾池液位高度变化对池沸腾气泡动力性能的干扰，从而为池沸腾换热的气泡动力学实验研究提供了一种可靠的技术手段，同时本发明还公开了一种可视化池沸腾实验系统的工作方法。

摘要： 本发明公开了一种全方位观测近壁面汽泡行为的高压池沸腾通用实验装置，包括沸腾池主体，ITO导电玻璃加热系统，以及恒温恒压控制系统等；池沸腾主体包括不锈钢沸腾池和以及开设在其侧壁上的若干可视化窗口；ITO导电玻璃加热系统布置在不锈钢沸腾池的中心位置，用于产生沸腾汽泡以供观测；高速摄像系统和光纤探针系统通过激光源和反射玻璃作为不同测量方式组合对加热壁面汽泡参数进行观测；温度采集系统用于测量测量流体温度和导电玻璃壁面温度；恒温恒压控制系统用于保持不锈钢沸腾池内的恒温恒压状态。本发明可实现多种工质通用，在高压条件下结合多方位可视化技术和多种测量技术同时对近壁面汽泡进行观测，可以精确获取近壁面汽泡行为和参数。

摘要： 本发明公开了一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，包括：确定计算域大小和工况参数，参考网格独立性检验结构确定计算域大小，确定饱和温度下的不限于气液共存密度、黏度的参数；确定数值模拟策略，明确加热器大小和方向，亲水性接触角和疏水性接触角大小的模拟工况，构建伪势相变格子Boltzmann模型；生成混合润湿性表面；数值模拟并输出结果。本发明通过提出的亲疏水混合润湿性表面随机自动生成疏水点分布策略，能够生成指定数量和大小、间距不同且随机的疏水点，自动形成亲疏水混合表面，为高通量池沸腾数值模拟提供了便利，并且可以快速获得任意疏水点随机分布的光滑表面沸腾工况，为高效直接数值模拟提供理论依据和技术基础。