超声波作用下细通道换热器流动沸腾传热特性研究

发布时间：2021-12-31 00:40

　　微细通道换热器是一种新型、高效的换热设备,在工业应用中有着广泛的前景。将超声波强化传热技术引入到细通道换热器中,并结合纳米流体强化传热技术,研究超声波作用下纯制冷剂和纳米制冷剂流动沸腾传热特性,获得性能更好的细通道换热设备。研究内容主要包括以下几点:（1）超声波作用下细通道内纯制冷剂流动沸腾研究。提出一种可以放置超声波换能器的细通道实验段,在整个流动区域中产生稳定的超声场分布。实验研究有无超声波作用下R141b在细通道内流动沸腾特性,并采用高速摄影仪进行可视化研究,分析超声波对汽泡运动的影响。结果表明超声波能够显著强化传热,强化倍率在1.02¹.88之间。热流密度对超声波强化饱和沸腾传热效果有着重要的影响,随着热流密度的提高,强化作用减弱。超声波作用后汽泡数量明显增多,汽泡在细通道内的运动速度显著加快。（2）超声波细通道内声场数值仿真与强化传热机理分析。采用Comsol仿真软件对超声装置和流体域进行建模,分析不同频率、不同功率的超声波在细通道内的声压分布。通过声压变化分析超声波对汽泡初始成核和汽液界面的影响,从汽泡动力学角度分析超声波强化传热机理。（3）超声波作用... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 微细通道流动沸腾传热研究现状
    1.3 超声波强化传热研究
        1.3.1 声流效应对强化传热的影响
        1.3.2 声空化效应对强化传热的影响
    1.4 纳米流体强化传热研究
    1.5 课题来源及主要研究内容
    1.6 本章小结
第二章 细通道流动沸腾实验系统与实验方法
    2.1 细通道流动沸腾实验系统及装置
        2.1.1 工质注入与循环系统
        2.1.2 加热与冷却系统
        2.1.3 实验段
        2.1.4 数据采集系统
    2.2 实验方法与纳米制冷剂制备
        2.2.1 实验前准备
        2.2.2 实验具体步骤
        2.2.3 TiO2-R141b纳米制冷剂制备
    2.3 实验数据处理
        2.3.1 热流密度的计算
        2.3.2 质量流率的计算
        2.3.3 热力平衡干度的计算
        2.3.4 传热系数的计算
    2.4 误差分析
    2.5 本章小结
第三章 超声波作用下细通道纯制冷剂流动沸腾传热特性研究
    3.1 细通道沿程传热特性
        3.1.1 细通道流动沸腾传热区域
        3.1.2 无超声作用下细通道流动沸腾区域可视化
        3.1.3 有无超声作用下沿程传热系数
    3.2 变超声工况下饱和沸腾传热特性
        3.2.1 超声频率
        3.2.2 超声功率
        3.2.3 超声角度
    3.3 固定超声工况下饱和沸腾段传热特性
        3.3.1 质量流率与热流密度
        3.3.2 入口过冷度
    3.4 本章小结
第四章 超声波细通道流动沸腾强化传热机理分析
    4.1 超声波在单相流体中的声压分布仿真研究
        4.1.1 声场数值模型
        4.1.2 超声场在流体域中的分布
    4.2 超声波在汽液界面的声压分布
        4.2.1 汽液界面模型建立
        4.2.2 细通道内汽液界面声压分布
    4.3 超声波作用下纯制冷剂流动沸腾可视化与汽泡动力学分析
        4.3.1 超声波作用下流动沸腾汽泡运动特性分析
        4.3.2 超声波对汽泡成核的影响
        4.3.3 超声波对汽泡脱离的影响
    4.4 本章小结
第五章 超声波作用下细通道纳米制冷剂流动沸腾传热特性研究
    5.1 无超声作用下TiO2-R141b纳米流体传热特性分析
    5.2 超声作用下TiO2-R141b纳米流体传热特性分析
    5.3 无超声作用下纳米流体可视化与传热机理分析
        5.3.1 无超声作用下纳米制冷剂流动沸腾流型变化
        5.3.2 无超声作用下纳米流体强化传热机理分析
    5.4 超声波作用下纳米流体可视化与传热机理分析
        5.4.1 有无超声作用下纳米流体流动沸腾汽泡运动特性分析
        5.4.2 超声波纳米流体复合强化传热机理分析
    5.5 本章小结
结论与展望
    主要研究结论
    本文研究特色和创新点
    建议与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]换热器铝基微细通道微纳结构表面制备及其传热特性[J]. 罗小平,王文,张超勇,吴迪.  农业工程学报. 2018(20)
[2]羟基化多壁碳纳米管/R141b纳米流体核沸腾[J]. 许世民,郎中敏,王亚雄,赫文秀,梁倩卿.  化工学报. 2015(11)
[3]纳米TiO2颗粒在制冷工质中的分散[J]. 毕胜山,史琳,王磊.  过程工程学报. 2007(03)
[4]超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟[J]. 许文林,何玉芳,王雅琼.  扬州大学学报(自然科学版). 2005(01)
[5]声空化场下水平圆管沸腾换热的实验研究[J]. 周定伟,刘登瀛,胡学功,马重芳.  工程热物理学报. 2002(S1)
[6]声空化场强化沸腾传热机理[J]. 周定伟.  化工学报. 2002(05)

博士论文
[1]电场作用下扰流螺旋线圈与纳米流体强化细通道流动沸腾传热研究[D]. 冯振飞.华南理工大学 2018
[2]纳米制冷剂的热导率、稳定性及纳米流体电导率的实验与建模[D]. 姜未汀.上海交通大学 2009
[3]声空化强化沸腾传热及渗透脱水过程传质研究[D]. 孙宝芝.哈尔滨工程大学 2005

硕士论文
[1]翅片管的超声强化传热机理及其在太阳能溴化锂制冷机设计中的应用[D]. 郑沐嘉.华南理工大学 2017
[2]基于不同表面能微通道Al2O3/R141b纳米制冷剂流动沸腾传热及动态特性研究[D]. 邓聪.华南理工大学 2016
[3]超声波对池沸腾换热影响的实验研究[D]. 李长达.华北电力大学(北京) 2016
[4]声空化气泡成长及破裂研究[D]. 罗贤能.重庆大学 2010



本文编号：3559288