超声波对微细通道内纳米制冷剂流动沸腾传热影响
发布时间：2021-02-20 10:12
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2mm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...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(19)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验平台示意图
为探究在本文试验工况下，声场对微细通道的强化传热机理，使用COMSOL软件对微细通道内汽液界面声场的分布进行模拟。假设汽泡脱离前为球形[26]，只考虑汽泡对声压分布的影响，不考虑汽泡受到的其他作用力。超声波在通道内沿流动方向传播，取一个含汽泡的截面作为计算模型，宽度为2 mm，长度为6 mm。通道出入口设置一定压力数值[27]，网格划分采用COMSOL自带的物理场控制网格并极细化处理，计算模型与网格划分如图2。2 试验结果与分析
由于超声波在液体工质和汽液两相流工质中传播的差异很大，可以通过数值计算模拟通道壁面上产生汽泡后通道内的声压分布情况，在通道内对一个汽泡进行分析。在汽泡体积较小尚未脱离前，声压的正负交替使得汽泡发生振荡，在本试验中，汽泡受到的合力方向朝着主流区斜向上，汽泡与微细通道加热面的接触线的收缩会使汽泡更容易从壁面脱离。如图4所示，通道内的声压分布在汽泡周围发生了变化，在汽泡的两侧向中间声压逐渐衰减，且越靠近汽泡衰减越快，在汽泡内衰减到最小值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验[J]. 李伟钊,盛伟,张振涛,杨鲁伟,张冲,魏娟,李博. 农业工程学报. 2018(04)
[2]换热器微细通道纳米流体沸腾混沌特征与强化传热的关系[J]. 罗小平,郭峰,王文,廖政标. 农业工程学报. 2018(03)
[3]Influence of nanoparticle concentrations on flow boiling heat transfer coefficients of Al2O3/R141b in micro heat exchanger by direct metal laser sintering[J]. Jianyang Zhou,Xiaoping Luo,Cong Deng,Mingyu Xie,Lin Zhang,Di Wu,Feng Guo. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(12)
[4]太阳能电池冷却用微通道散热器内纳米流体换热特性[J]. 闫素英,李洪阳,史志国,王胜捷,赵聪颖,田瑞. 农业工程学报. 2016(13)
[5]微通道内纳米制冷剂流动沸腾传热预测模型[J]. 冯振飞,罗小平,周建阳,吴迪. 农业机械学报. 2016(08)
[6]可调LED光源系统设计及其对菠菜生长的影响[J]. 刘晓英,徐志刚,焦学磊,陈卫平. 农业工程学报. 2012(01)
[7]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)
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
硕士论文
[1]超声波作用下细通道换热器流动沸腾传热特性研究[D]. 王文.华南理工大学 2019
[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
本文编号：3042621
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(19)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验平台示意图
为探究在本文试验工况下，声场对微细通道的强化传热机理，使用COMSOL软件对微细通道内汽液界面声场的分布进行模拟。假设汽泡脱离前为球形[26]，只考虑汽泡对声压分布的影响，不考虑汽泡受到的其他作用力。超声波在通道内沿流动方向传播，取一个含汽泡的截面作为计算模型，宽度为2 mm，长度为6 mm。通道出入口设置一定压力数值[27]，网格划分采用COMSOL自带的物理场控制网格并极细化处理，计算模型与网格划分如图2。2 试验结果与分析
由于超声波在液体工质和汽液两相流工质中传播的差异很大，可以通过数值计算模拟通道壁面上产生汽泡后通道内的声压分布情况，在通道内对一个汽泡进行分析。在汽泡体积较小尚未脱离前，声压的正负交替使得汽泡发生振荡，在本试验中，汽泡受到的合力方向朝着主流区斜向上，汽泡与微细通道加热面的接触线的收缩会使汽泡更容易从壁面脱离。如图4所示，通道内的声压分布在汽泡周围发生了变化，在汽泡的两侧向中间声压逐渐衰减，且越靠近汽泡衰减越快，在汽泡内衰减到最小值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验[J]. 李伟钊,盛伟,张振涛,杨鲁伟,张冲,魏娟,李博. 农业工程学报. 2018(04)
[2]换热器微细通道纳米流体沸腾混沌特征与强化传热的关系[J]. 罗小平,郭峰,王文,廖政标. 农业工程学报. 2018(03)
[3]Influence of nanoparticle concentrations on flow boiling heat transfer coefficients of Al2O3/R141b in micro heat exchanger by direct metal laser sintering[J]. Jianyang Zhou,Xiaoping Luo,Cong Deng,Mingyu Xie,Lin Zhang,Di Wu,Feng Guo. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(12)
[4]太阳能电池冷却用微通道散热器内纳米流体换热特性[J]. 闫素英,李洪阳,史志国,王胜捷,赵聪颖,田瑞. 农业工程学报. 2016(13)
[5]微通道内纳米制冷剂流动沸腾传热预测模型[J]. 冯振飞,罗小平,周建阳,吴迪. 农业机械学报. 2016(08)
[6]可调LED光源系统设计及其对菠菜生长的影响[J]. 刘晓英,徐志刚,焦学磊,陈卫平. 农业工程学报. 2012(01)
[7]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)
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
硕士论文
[1]超声波作用下细通道换热器流动沸腾传热特性研究[D]. 王文.华南理工大学 2019
[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
本文编号：3042621
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