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沸腾换热的分形分析

肖波齐  
【摘要】: 本文第一章对沸腾换热及多孔介质等基本概念做了简要介绍,然后,综述了沸腾换热及分形几何理论的发展和一些基本理论基础。本文第二章介绍了大空间临界热流密度的传统模型,并进行了简要的评述。然后,介绍大空间临界热流密度活化点的分形特性,提出了核态池沸腾的临界热流密度的分形模型,该模型发现大空间临界热流密度(CHF)是壁面过热度、接触角、分形维数和流体物理特性的函数。所提出的分形模型没有引进新的经验参数,与传统的CHF模型相比,该分形模型包含较少的经验常数,并且每个参数都有物理意义。最后,对结果进行讨论,与实验数据进行了比较,发现模型预测与实验结果吻合很好,从而证实了模型的正确性。第三章扼要叙述了以前的过冷流动沸腾热传递的传统模型,并进行了简要的评述。然后,介绍过冷流动沸腾活化点的分形特性,讨论了液体的主流速度、液体的壁面过热度、液体的过冷度、接触角等对活化点的分形维数及活化点总数量的影响;提出了过冷流动沸腾热传递的分形模型,该模型发现壁面热流密度( q w)是壁面过热度、液体过冷度、流体的主流速度、接触角、分形维数和流体物理特性的函数。本模型没有引进新的经验参数,与传统的模型相比,该分形模型包含较少的经验常数,并且每个参数都有物理意义。在该分形模型中,蒸发热流密度( q ev)与单相液体对流换热量( q sp)可以直接独立地计算出来,而传统的模型一般是间接得到的。此分形模型尽可能地考虑了所有的热传递机理,但传统模型往往忽略了由于汽泡运动引起的介质置换传热q pump,仅仅把q ev与q sp之和看作q w。最后,模型预测值与试验数据比较,两者很好地相吻合,从而证实了该分形模型的正确性。本文最后部分提出用这种思路来研究多孔表面沸腾换热与纳米流体沸腾,这将是一个新的尝试,是一个很有意义和富有挑战性的课题。


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