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超声波作用下细通道换热器流动沸腾传热特性研究

王文  
【摘要】: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1.02~1.88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)超声波作用下细通道内纳米流体流动沸腾研究。通过“两步法”配置TiO_2-R141b纳米流体,并加入Span80增加纳米流体的稳定性。纳米流体的浓度分别为0.1%、0.2%和0.3%,实验研究有无超声波作用下细通道内TiO_2-R141b纳米流体流动沸腾传热特性。结果表明超声波与纳米流体复合强化倍率在1.22~1.88之间。热流密度对超声波纳米流体复合强化传热有着重要的影响,在低热流密度下,复合强化效果接近只作用超声波的强化作用;中等热流密度下,超声波和纳米流体协同作用强化传热;高热流密度下,纳米流体对强化传热起主导作用。


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