单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热理论与实验研究-传热会议-黄理浩ppt课件

1、单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热理论和实验研究换热理论和实验研究宣讲人：黄理浩宣讲人：黄理浩导导 师：师： 陶乐仁陶乐仁 教授教授主要内容：2 实验装置及设计3 流动沸腾换热理论1 引言4 实验结果及分析5 结论1 引言1-1 窄通道流动沸腾应用窄通道流动沸腾应用 化工化工 制冷制冷 核动力部门核动力部门 航天航天1 引言1-2 通道的分类界限通道的分类界限分类 KandlikarMehendale微通道10200m100m小(窄)通道200m3mm100m6mm常规通道3mm6mm1 引言Diaz et al.研究了水和碳氢化合物在圆管以及矩形通道的流动沸腾。

2、发现对于纯碳氢化合物，其传热系数在初始区域有一个最大值，表明其传热机理以核沸腾为主；之后随着蒸汽干度的增加，沿通道轴向，其换热系数降低。Lin et al.以水为工质，以适宜的热流密度在水力直径为1.1mm的圆管也观察到了同样的趋势。Vlasie et al.研究了制冷剂在小管径的沸腾特性。但对沸腾换热机理没有提出明显的分界。Tran et al.提出根据壁面过热度，发现不同学者所观察到的不同趋势与核态及流动沸腾的分界特性一致。1-3 窄通道流动沸腾研究现状窄通道流动沸腾研究现状主要内容：2 实验装置及设计3 流动沸腾换热理论1 引言4 实验结果及分析5 结论2 实验装置及设计2-1 实验装置

3、设计实验装置设计图图1 实验装置图实验装置图1 可视窗；2 钢化玻璃板；3 螺栓；4 耐高温硅胶垫片；5 矩形窄缝流道；6 铜板；7 T型热电偶从上到下依次T1-T8）；8 硅橡胶电加热片；9 保温层；10 钢板 图图2 实验段结构示意图实验段结构示意图 2-2 实验参数范围实验参数范围 类别类别参数范围参数范围最大不确定度最大不确定度压力压力(MPa(MPa）0.101-0.2010.101-0.2011.51.5级级质量流量质量流量(kg/m(kg/m2 2s)s)2.22-3.492.22-3.492.52.5级级入口温度入口温度()()27-6027-601%热流密度热流密度(kW/m

4、(kW/m2 2) )0-200-208%8%最大蒸汽干度最大蒸汽干度0.200.202 实验装置及设计2-3 实验工况选择实验工况选择 变入口温度、变流量、变热流密度变入口温度、变流量、变热流密度2-4 热平衡及局部换热系数热平衡及局部换热系数有效热流密度：有效热流密度：()/lossqQQA(1) 过冷段长度过冷段长度, Zsat： ,()pL satL insatGCTTqsZ (2) 位置位置Z干度：干度： ,()LL inpq SZTZTCG()()Lsa tTZTp Z,()()LL satefghZhZh,1()()eL inL satfgqSZZhhhG ZZsat (3)ZZ

5、sat (4) ZZsat (5) ZZsat (6) 2实验装置及设计位置位置Z局部换热系数：局部换热系数：()()()T PwLqhZTZTZ(7) 主要内容：2 实验装置及设计3 流动沸腾换热理论1 引言4 实验结果及分析5 结论3-1 窄通道流动沸腾机理窄通道流动沸腾机理核沸腾核沸腾流动沸腾流动沸腾核态沸腾由满足核化条件时，加热核态沸腾由满足核化条件时，加热面上的汽泡形成来确定，核化条件面上的汽泡形成来确定，核化条件包括贴壁处薄液层达到足够核化的包括贴壁处薄液层达到足够核化的过热度过热度通过薄液膜的热量传导对流及汽通过薄液膜的热量传导对流及汽液界面的蒸发特性来确定液界面的蒸发特性来确定

6、3 流动沸腾换热理论3 流动沸腾换热理论3-2 窄通道流动沸腾流型种类窄通道流动沸腾流型种类如图如图3所示流体加热时，在不同区域（所示流体加热时，在不同区域（1）、（）、（2）、）、（3）)呈现出不同流体形式即传热形式）：呈现出不同流体形式即传热形式）：图图3 流体在通道中的蒸发示意图流体在通道中的蒸发示意图 主要内容：2 实验装置及设计3 流动沸腾换热理论1 引言4 实验结果及分析5 结论4 实验结果及分析4-1 可视化实验分析可视化实验分析图4 质量流量G=2.86 kg/(m2.s)，入口水温60，不同功率的可视化图片(a) 85.59V(b) 89.35V(c) 94.45V(d) 9

7、9.55V4 实验结果及分析4-1 可视化实验分析可视化实验分析图4 质量流量G=2.86 kg/(m2.s)，入口水温60，不同功率的可视化图片(e) 105.5V(f) 109.7V(g) 115.2V(h) 119.7V4 实验结果及分析4-1 可视化实验分析可视化实验分析图4 质量流量G=2.86 kg/(m2.s)，入口水温60，不同功率的可视化图片(e) 124.5V(f) 130.6V(g) 135V(h) 140.4V4 实验结果及分析4-2 流动沸腾换热理论分析流动沸腾换热理论分析(a) 质量流量G=2.86 kg/(m2.s) (b) 质量流量G=3.49 kg/(m2.s

8、)图5 不同质量流量，干度对局部换热系数的影响 ，入口水温为404 实验结果及分析4-3 测点测点1质量流量对流动沸腾换热的影响质量流量对流动沸腾换热的影响(a) 测点T1换热系数变化，入口温度tin=50 (b) 测点T1换热系数变化，入口温度tin=60 图6 流动沸腾换热随质量流量的影响 4 实验结果及分析4-4 测点测点4质量流量对流动沸腾换热的影响质量流量对流动沸腾换热的影响(a)测点T4换热系数变化，入口温度tin=40 (b)测点T4换热系数变化，入口温度tin=50 图7 核态沸腾换热系数随质量流量的变化 主要内容：2 实验装置及设计3 流动沸腾换热理论1 引言4 实验结果及分

9、析5 结论5 结论 结论结论随着热流密度的增加，流体由单相流，过冷沸腾，核沸腾向流动随着热流密度的增加，流体由单相流，过冷沸腾，核沸腾向流动沸腾的转变，流体局部换热系数存在一个最大值，流体以泡状流沸腾的转变，流体局部换热系数存在一个最大值，流体以泡状流为主，主导机理为饱和核沸腾。为主，主导机理为饱和核沸腾。 距通道出口顶端附近，质量流量对局部换热系数的影响主要体现距通道出口顶端附近，质量流量对局部换热系数的影响主要体现在两个方面：流量的增大会使流动流体的紊流度增加，加强了液在两个方面：流量的增大会使流动流体的紊流度增加，加强了液膜的对流换热；流动流体的流速变大会减小液膜的厚度，增强了膜的对流换热；流动流体的流速变大会减小液膜的厚度，增强了液膜的导热和蒸发换热。液膜的导热和蒸发换热。 所取测点靠近汽化核心处时，当质量流量增大，换热系数降低。