R134a/R245fa非共沸混合工质沸腾特性与传热机理研究
发布时间：2021-03-02 18:17
新兴电子设备与机械元件逐渐向小型化发展过程中遇到的散热问题已经成为机械与电子控制工程领域继续发展的瓶颈,而微通道流动沸腾换热技术有可能为此提供有效的冷却保障,考虑到器件合理运行温度范围以及冷却工质蒸发温度与压力选择的多样性,制冷剂工质已经成为重要选项,特别是其中的非共沸混合工质,不仅可以调制纯组分工质的性质,而且具有独特的相变传热特性,极具应用前景。本课题以此为背景,较为系统性地开展了非共沸混合工质及其纯组分工质沸腾特性与传热机理的相关研究,主要包括三个方面:核态池沸腾传热研究、微通道流动沸腾传热研究以及通道结构强化微通道流动沸腾传热研究。首先,为了明确非共沸混合工质沸腾传热过程的基本特征,搭建了核态池沸腾可视化实验系统,以R134a/R245fa非共沸混合工质及其纯组分工质作为实验工质,开展了核态池沸腾传热特性的实验研究以及传热机理的理论分析与探索工作。根据每种实验工质的可视化结果,将其对应的核态池沸腾曲线细分为至多四个区域,即自然对流区域、孤立气泡区域、气泡聚并区域以及气柱区域,其中,气泡聚并区域内沸腾曲线的斜率大于孤立气泡区域。相比于纯组分工质而言,非共沸混合工质的核态沸腾起始点...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｒ６００ａ／Ｒ２９０气化核心可视化结果！５６］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ?ｓｉｔｅｓ?ｆｏｒ?Ｒ６００ａ／Ｒ２９０ｔ５６１??
沸混合工质在低等、中等热流密度时的核态池沸腾传热特性，该模型中同时考虑??了微尺度效应与混合物效应，例如：微液层蒸发、界面扩散传质以及马拉戈尼对??流等，部分结果如下图１－２所示。??，■：??＾?，??（ａ）?Ｍｏｄｅｌ?ｄｅｓｏｐｔｉｏｎ??ｄ?ｚ………一卜毛閥??‘?ｂ＝：ｗ＝：ｚ：ａ＝??０?？．！?？Ｌ２?ｔＪ?ＣＪ?Ｍ?ｔｔ．７?０?ａｉ?０２?０３?０４?０５?〇＜?ａｒ??ｗｄＭｉｉｎｉｉｒｔＭＨ／■＆／＿？?ｎｄＭｉｃ〇Ｍ？Ｍａｉ／－＾／＾ｉ??〇））?Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?（ｃ）?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??图１－２非共沸混合工质核态沸腾数值模拟［５９］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｕｃｌｅａｔｅ?ｂｏｉｌｉｎｇ?ｆｏｒ?ｚｅｏｔｒｏｐｉｃ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ＾５９１??６??
工质从气液界面处向加热区域流动，显著减少了干涸现象的发生，同时，对热毛??细应力、溶质毛细应力以及浮升力驱动下的流动形态做了归类和总结，部分可视??化结果如下图１－３所示。??—————————??ｍ＾＾ＳｌｊＥＳＳＢＳＳＳ＾ＳＳ＾ＳＳｉ＾＾ｍｌｗ＾ＳＳＳＳＳＳＳＳＳＩ＾＾ＳＳＳＳｔｔ＾ｆｕ??＾?＂?＂＂?■?■—?４＾Ｓｃｒｎ?＿??（ａ）?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄｓ??一??ｍｗｉｉ?？”■？，，ｍｕＭ??４４８ｃｍ?４Ｍ?０．？?？??（ｂ）?Ｔｙｐｉｃａｌ?Ｓｏｌｕｔｏｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ?ｄｏｍｉｎａｔｅｄ?ｆｌｏｗ??图１－３非共沸混合工质浮升力－马拉戈尼对流现象??Ｆｉｇ．?１－３?Ｂｕｏｙａｎｃｙ－Ｍａｒａｎｇｏｎｉ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｏｆ?ｚｅｏｔｒｏｐｉｃ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ１６０】??上述研宄对于进一步理解非共沸混合工质在温度、浓度双重影响下表面张力??梯度的作用形式提供了帮助，同时对于探索非共沸混合工质沸腾过程中气液界面??相变热质传递规律与附加传质阻力作用的量化描述方法奠定了一定的基础。??１．２．２非共沸混合工质微细通道流动沸腾特性研究??目前，绝大部分关于非共沸混合工质流动沸腾特性的研究都以实验为主。对??于水中添加易挥发组分的非共沸混合工质而言，在常规通道方面，Ｙｕ等人［６｜１探讨??了非共沸混合工质乙烯乙二醇／水在内径为１０．９?ｍｍ圆形管内的过冷流动沸腾传热??特性，研究表明过冷流动沸腾出现的条件是壁面过热度大于１０?°Ｃ，且沸腾传热系??数随着壁面过热度的增大而增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]非共沸混合工质ORC低温烟气余热利用分析与优化[J]. 倪渊,赵良举,刘朝,莫依璃. 化工学报. 2013(11)
[2]微通道内非共沸混合制冷剂的流动沸腾特性[J]. 吕凤勇,马虎根,何红萍,齐鲁山. 化工进展. 2012(07)
[3]Visualization of Bubble Dynamics for Pool Boiling of Binary Refrigerant Mixture R11-R113[J]. 刁彦华,赵耀华,王秋良. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2006(02)
[4]Heat Transfer in Nucleate Pool Boiling of Binary and Ternary Refrigerant Mixtures[J]. 赵耀华,刁彦华,鹤田隆治,西川日出男. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2004(03)
[5]制冷系统的节能途径探讨[J]. 杨欣欣,于秀英. 化学工程师. 2002(03)
博士论文
[1]微细通道流动沸腾气泡受限行为特性实验研究[D]. 银了飞.北京交通大学 2015
[2]微细通道内低沸点工质流动沸腾特性的实验研究[D]. 李雪娇.北京交通大学 2017
本文编号：3059718
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｒ６００ａ／Ｒ２９０气化核心可视化结果！５６］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ?ｓｉｔｅｓ?ｆｏｒ?Ｒ６００ａ／Ｒ２９０ｔ５６１??
沸混合工质在低等、中等热流密度时的核态池沸腾传热特性，该模型中同时考虑??了微尺度效应与混合物效应，例如：微液层蒸发、界面扩散传质以及马拉戈尼对??流等，部分结果如下图１－２所示。??，■：??＾?，??（ａ）?Ｍｏｄｅｌ?ｄｅｓｏｐｔｉｏｎ??ｄ?ｚ………一卜毛閥??‘?ｂ＝：ｗ＝：ｚ：ａ＝??０?？．！?？Ｌ２?ｔＪ?ＣＪ?Ｍ?ｔｔ．７?０?ａｉ?０２?０３?０４?０５?〇＜?ａｒ??ｗｄＭｉｉｎｉｉｒｔＭＨ／■＆／＿？?ｎｄＭｉｃ〇Ｍ？Ｍａｉ／－＾／＾ｉ??〇））?Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?（ｃ）?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??图１－２非共沸混合工质核态沸腾数值模拟［５９］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｕｃｌｅａｔｅ?ｂｏｉｌｉｎｇ?ｆｏｒ?ｚｅｏｔｒｏｐｉｃ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ＾５９１??６??
工质从气液界面处向加热区域流动，显著减少了干涸现象的发生，同时，对热毛??细应力、溶质毛细应力以及浮升力驱动下的流动形态做了归类和总结，部分可视??化结果如下图１－３所示。??—————————??ｍ＾＾ＳｌｊＥＳＳＢＳＳＳ＾ＳＳ＾ＳＳｉ＾＾ｍｌｗ＾ＳＳＳＳＳＳＳＳＳＩ＾＾ＳＳＳＳｔｔ＾ｆｕ??＾?＂?＂＂?■?■—?４＾Ｓｃｒｎ?＿??（ａ）?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄｓ??一??ｍｗｉｉ?？”■？，，ｍｕＭ??４４８ｃｍ?４Ｍ?０．？?？??（ｂ）?Ｔｙｐｉｃａｌ?Ｓｏｌｕｔｏｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ?ｄｏｍｉｎａｔｅｄ?ｆｌｏｗ??图１－３非共沸混合工质浮升力－马拉戈尼对流现象??Ｆｉｇ．?１－３?Ｂｕｏｙａｎｃｙ－Ｍａｒａｎｇｏｎｉ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｏｆ?ｚｅｏｔｒｏｐｉｃ?ｍｉｘｔｕｒｅｓ１６０】??上述研宄对于进一步理解非共沸混合工质在温度、浓度双重影响下表面张力??梯度的作用形式提供了帮助，同时对于探索非共沸混合工质沸腾过程中气液界面??相变热质传递规律与附加传质阻力作用的量化描述方法奠定了一定的基础。??１．２．２非共沸混合工质微细通道流动沸腾特性研究??目前，绝大部分关于非共沸混合工质流动沸腾特性的研究都以实验为主。对??于水中添加易挥发组分的非共沸混合工质而言，在常规通道方面，Ｙｕ等人［６｜１探讨??了非共沸混合工质乙烯乙二醇／水在内径为１０．９?ｍｍ圆形管内的过冷流动沸腾传热??特性，研究表明过冷流动沸腾出现的条件是壁面过热度大于１０?°Ｃ，且沸腾传热系??数随着壁面过热度的增大而增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]非共沸混合工质ORC低温烟气余热利用分析与优化[J]. 倪渊,赵良举,刘朝,莫依璃. 化工学报. 2013(11)
[2]微通道内非共沸混合制冷剂的流动沸腾特性[J]. 吕凤勇,马虎根,何红萍,齐鲁山. 化工进展. 2012(07)
[3]Visualization of Bubble Dynamics for Pool Boiling of Binary Refrigerant Mixture R11-R113[J]. 刁彦华,赵耀华,王秋良. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2006(02)
[4]Heat Transfer in Nucleate Pool Boiling of Binary and Ternary Refrigerant Mixtures[J]. 赵耀华,刁彦华,鹤田隆治,西川日出男. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2004(03)
[5]制冷系统的节能途径探讨[J]. 杨欣欣,于秀英. 化学工程师. 2002(03)
博士论文
[1]微细通道流动沸腾气泡受限行为特性实验研究[D]. 银了飞.北京交通大学 2015
[2]微细通道内低沸点工质流动沸腾特性的实验研究[D]. 李雪娇.北京交通大学 2017
本文编号：3059718
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