微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应

对微小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。     

煤油结焦的抑制方法研究

在用航空煤油作为高温涡轮叶片冷却介质的研究中，关键的问题是煤油的“结焦“。本文研究抑制煤油沸腾时结焦问题的方法，实验结果表明，煤油在管内沸腾流动，当工作压力大于０．５ＭＰａ时，可以基本上消除“结焦”。这一关键问题的解决，为将煤油作为高温涡轮叶片的冷却介质研究工作提供了重要的参考。     

基于OpenFOAM的真实流体模型库及均相求解器开发

为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压力修正算法中;开发出适用于描述超临界环境下低温流体流动过程的均相求解器。对高压下流体热物理性质的非理想性,以及超临界环境下的低温液氮射流喷注过程进行研究。结果表明:高压下的真实流体效应主要体现在低温区域,本文所建立的模型库可以在任意热力学状态范围内正确预测流体热物性;基于此模型库所开发的均相求解器可正确预测超临界环境下低温射流的详细流动特征和结构,而理想气体模型则会大幅低估射流核心区密度分布,中心线上误差高达68.9%;综合考虑计算精度和效率,PR EoS及相关模型更适合于这类超临界流动问题的求解;低温射流跨临界喷注中局部区域所发生的虚假沸腾现象会导致射流温升速率降低、体积膨胀速率加快;射流核心区压缩因子明显1,在数值仿真时必须考虑高压环境下的真实流体效应。     

烧结双多孔介质中沸腾换热的实验研究

对由铜粉烧结而成的三种双多孔介质结构进行了沸腾换热的实验。为了便于比较，同时对两种单多孔介质进行了沸腾换热实验。结果发现：当双多孔介质的微孔径和单多孔介质的孔径相同时，双多孔介质的换热系数和临界热流密度比单多孔介质高得多；对于同样微孔径的双多孔介质，存在最佳的粗孔径，其换热系数和临界热流密度最大；当逆静水压头减小的时候，换热系数和临界热流密度增加。     

微重力下高热流时池内双组分核态沸腾

本文基于Helmholtz不稳定性原理建立了微重力下双组分高热流时核态沸腾的双层汽泡结构模型。由于浮力很小,这种结构能维持到CHF状态。通过对该结构的深入分析,导得了汽柱面积占总面积的百分比及液体层初始厚度的表达式,在此基础上发展了CHF模型。分析结果同实验结果及地面条件下的结果作了比较,对异同之处作出了合理的解释。      

不同重力条件下单气泡池沸腾现象的数值研究

对不同重力条件下常压饱和水中单气泡池沸腾现象的气泡生长过程及传热特性进行了数值模拟. 采用简化的润滑流模型计算生长气泡底部微液膜的贡献, 而其他宏观区域的气液两相介质则用连续界面模型统一处理. 气液界面形状和加热面上接触线的运动分别采用Level Set方法和固定的表观接触角来近似刻画. 计算结果表明, 气泡生长过程中, 当量直径近似与生长时间的1/3～1/2次方成正比, 重力对相关趋势的影响不大, 但强烈影响着气泡脱落直径和生长时间, 其中脱落直径反比于重力的1/3次方, 生长时间反比于重力的4/5次方. 在固定的核化点数密度条件下, 加热面平均热流密度近似与壁面过热度的3/2次方成正比, 该趋势并不随重力的减弱而改变.      

微细丝上气泡射流间的相互作用特性

实验考察微细加热丝上气泡射流间的相互作用现象,发现相邻气泡射流间的相互吸引现象,强相互作用时多股射流可以合并成一股射流.分析揭示出气泡射流间相互吸引的物理机制在于,气泡生长造成局部温度下降导致相邻气泡两侧的热毛细力不均衡,进而引起两个气泡射流间的相互吸引,而相邻气泡则有互相远离的趋势.利用数值模拟给出了气泡射流系统的温度场和流场,很好地验证气泡射流间相互吸引的物理机制.      

池沸腾现象中热毛细对流的成因

针对微重力条件下单组份液体池沸腾现象,探讨了有关热毛细效应作用及其成因的不同观点,指出正确描述气液相变界面两侧的温度关系是解决争议的关键.详细评述了现有的气液相变界面温度模型,发现气液相变的非平衡特征会导致气液界面上产生温度梯度,引起表面张力的显著差异,从而驱动热毛细对流的形成.但现有气液相变界面温度模型机理差异迥然,预测结果也差别很大,因此,需要更深入研究.      

毛细管内部核化过程分析

针对微细结构内部的核化沸腾特性进行理论和实验研究,利用统计理论分析并且导出受热工质内部沸腾发生所需的过热度,揭示出毛细管道内部空间尺度对核化的影响。实验中,对四种工质(去离子水、甲醇、乙醇、四氯化碳)在毛细管内部的沸腾现象进行了观察和测量,结果表明理论分析与实验观测结果吻合得较好。      

R141b在圆形微通道内的沸腾换热实验研究

为提高换热强度、解决设备内部高热流密度散热问题,采用实验方法研究R141b在不同直径(D=0.5mm和1.0mm)水平圆形微通道内的沸腾换热特性,分析了热流密度(q=2.0kW/m~2～47.6kW/m~2)、质量干度(x=0～0.6)、质量流速(G=111.11kg/(m~2·s)～333.33kg/(m~2·s))的变化对平均传热系数h的影响,探究不同情况下影响沸腾换热的主导因素。实验研究表明:平均传热系数h随热流密度q的增加而减小,在不同范围内减小速率有明显差异;热流密度q=2kW/m~2～5kW/m~2时质量流速G对平均传热系数h影响较明显,热流密度较高时质量流速G对换热影响很小;在质量流速G=111.11kg/(m~2·s)～333.33kg/(m~2·s),质量干度x0.3时,平均传热系数h随质量干度x增加而明显下降,在设计微通道换热器时应尽量使R141b处于初始沸腾阶段以获得更好换热效果,并采取一定措施预防干度过高引起的换热恶化。