超声波对池沸腾换热影响的实验研究

发布时间：2017-09-02 06:10

  本文关键词：超声波对池沸腾换热影响的实验研究

  更多相关文章： 超声波 池沸腾 纳米流体 强化传热 声流 声空化

【摘要】：随着科技发展进步,无论从传统高耗能行业节能还是从新兴高技术领域高热流电子器件的散热需求,都对强化换热技术提出了更高的要求,有待于我们进一步发展强化换热的新原理和新技术。超声波作为一种新的有源强化传热技术近十几年来越来越受到重视,在今后的工业应用中有着巨大的潜力,因此有必要对超声波强化传热技术进行研究。本论文主要以实验方法为主,综合超声波和纳米流体两种强化传热技术,研究了超声波对纯水以及纳米流体沸腾传热的影响。本文的主要研究工作和结论如下：(1)设计并搭建了超声波强化传热的池沸腾实验平台,采用Rohsenow经验式对实验系统进行了验证,证明了实验系统所获数据具有合理性。(2)在不同液体过冷度、超声功率和超声辐射距离条件下研究了超声波对池沸腾换热的影响。研究结果表明在低过冷度、高功率和近距离的条件下,超声波强化换热的效果明显,反之强化效果相对较弱,并对其中的强化机理进行了理论分析。(3)分别在液温为60℃、80℃、100℃条件下利用高速摄影对加热表面沸腾过程中气泡动力学进行了可视化研究,深入揭示了超声波强化传热的机理。(4)在没有施加超声波时,研究了不同体积浓度的A1203和Ag纳米流体对池沸腾换热的影响。结果表明,两种纳米流体较纯水的传热性能都有了大幅度提高,且A1203纳米流体相对于纯水的平均强化倍率要高于Ag纳米流体；两者都相应地降低了沸腾起始点过热度；且所有浓度的A1203纳米流体和体积浓度为0.001%的Ag纳米流体的临界热流密度都较纯水有了提高,而浓度为0.0025%、0.005%的Ag纳米流体要低于纯水的临界热流密度。(5)超声波影响纳米流体沸腾换热特性的研究表明：对于所有浓度的A1203纳米流体,在壁面过热度低于约3℃时,沸腾曲线明显左移；对于不同浓度的Ag纳米流体,在壁面过热度低于8℃时,超声波强化换热效果明显；随着热流密度的增加,进入旺盛核态沸腾阶段时,超声波对两种纳米流体传热性能的影响不显著；相对于不加超声波,沸腾起始点过热度均降低约1℃,但超声波对临界热流密度影响很小。(6)通过扫描电镜分析了光表面以及施加与不加超声波时浓度为0.0025%A1203和Ag纳米流体沸腾后的表面特性。发现了纳米流体沸腾后的表面均烧结了一层纳米颗粒吸附层,表面粗糙度和空穴密度都较光表面显著增加。在不加超声波时A1203沸腾后表面呈多孔质结构,加超声波后表面可以看到裂痕和很多纳米级别颗粒。除了加超声波后表面空穴数目和粗超度都增多增大之外,在有无超声波时Ag纳米流体沸腾后的表面结构相差不大。
【关键词】：超声波 池沸腾 纳米流体 强化传热 声流 声空化
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 主要符号表9-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 超声波强化换热概述12-19
• 1.2.1 超声波简介12-13
• 1.2.2 超声波强化传热的主要机理13-14
• 1.2.3 超声波强化传热的研究进展14-19
• 1.3 纳米流体与超声波19-20
• 1.3.1 纳米流体传热性能的研究19-20
• 1.3.2 超声波影响纳米流体传热的研究20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 第2章 实验装置与方法22-30
• 2.1 实验装置22-27
• 2.1.1 实验台简介22-23
• 2.1.2 沸腾池腔体23
• 2.1.3 主加热器23-24
• 2.1.4 温控系统24-26
• 2.1.5 超声系统26
• 2.1.6 采集系统26-27
• 2.2 实验步骤和方法27
• 2.3 实验数据处理27-28
• 2.4 实验不确定度分析28
• 2.5 实验系统可靠性验证28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 超声波强化纯水沸腾换热30-42
• 3.1 实验工况30
• 3.2 过冷度的影响30-39
• 3.2.1 沸腾曲线31-33
• 3.2.2 气泡动力学特性33-39
• 3.3 超声功率的影响39-40
• 3.4 辐射距离的影响40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 超声波强化纳米流体沸腾传热42-62
• 4.1 纳米颗粒选择42
• 4.2 实验工况42-43
• 4.3 纳米流体的池沸腾换热特性43-52
• 4.3.1 不同浓度Al_2O_3纳米流体的换热特性43-45
• 4.3.2 不同浓度Ag纳米流体的换热特性45-47
• 4.3.3 不同种类纳米流体的换热特性比较47-51
• 4.3.4 纳米流体强化传热机理分析51-52
• 4.4 超声波对纳米流体沸腾换热的影响52-59
• 4.4.1 超声波对Al_2O_3纳米流体换热的影响52-54
• 4.4.2 超声波对Ag纳米流体换热的影响54-56
• 4.4.3 超声波对不同种类纳米流体换热的影响56-59
• 4.5 沸腾起始过热度和临界热流密度总结59-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第5章 总结和展望62-64
• 5.1 本文总结62-63
• 5.2 未来工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间学术成果68-69
• 致谢69

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本文编号：776819