首页> 正文

超声波作用下微细通道内流动沸腾压降及不稳定性研究

2020-12-08阅读(254)

超声波作用下微细通道内流动沸腾压降及不稳定性研究

论文摘要

微细通道换热器作为一种高效的换热设备,在电子工业、航空航天等领域具有广泛的应用前景。将超声波强化传热技术运用到换热器可进一步提高设备的换热性能。由于微细通道尺度较小,相比常规通道,其流动阻力明显增大,尤其在沸腾状态下,汽泡容易阻塞通道导致系统的不稳定性增强。因此有必要对超声波作用下微细通道流动沸腾压降和不稳定性进行研究。首先,以纯制冷剂R141b和不同浓度纳米制冷剂TiO2/R141b为实验工质,对超声波作用下微细通道压降特性进行研究。实验结果表明,摩擦压降在总压降中所占比例最大,约占60.27%76.07%。两相总压降和单位长度两相摩擦压降在进出口都施加超声波时最大。实验对比了3种不同浓度纳米制冷剂和纯制冷剂的压降特性。研究表明,纳米制冷剂会使两相总压降和单位长度两相摩擦压降有所降低。研究了不同工况下沿程测点压力曲线变化规律,发现曲线转折点随热流密度的减小和质量流率的增大向出口移动,超声波对曲线转折点没有明显的影响。其次,对超声波在微细通道内声压分布进行数值模拟。结果表明,进出口都施加超声波相比进口施加超声波能提高声压分布强度,功率越大超声波在正负相区对应的声压值越大,而随着频率的增大,对应的正负声压区周期均减小。最后,根据时域和频域特性对超声波作用下微细通道不稳定性进行研究,并采用高速摄影仪进行可视化分析。结果表明,进出口都施加超声波时系统不稳定性最强,其对应的最大振荡幅值提高,振荡周期变长。纳米制冷剂由于纳米颗粒附着在换热壁面,在一定程度上减缓了系统不稳定性。可视化结果表明,进口施加超声波时流型主要为泡状流和弹状流,进出口都施加超声波时则以拉长受限汽泡为主,且回流现象明显。纳米颗粒的加入在一定程度上减小了汽泡的脱离直径。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题研究背景及意义
  •   1.2 微细通道流动沸腾压降特性研究
  •   1.3 微细通道流动沸腾不稳定性研究现状
  •   1.4 超声波基本理论及研究现状
  •     1.4.1 超声波基本理论
  •     1.4.2 超声波强化传热研究现状
  •   1.5 课题来源及主要研究内容
  • 第二章 微细通道流动沸腾实验系统及方法
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验系统平台
  •   2.3 实验过程
  •     2.3.1 实验前处理
  •     2.3.2 实验具体操作步骤
  •     2.3.3 参数测量及仪器标定
  •   2.4 两相流压降计算模型
  •   2.5 数据处理
  •     2.5.1 质量流率
  •     2.5.2 有效热流密度
  •     2.5.3 热力平衡干度
  •     2.5.4 总压降及两相摩擦压降的计算
  •   2.6 单相热平衡实验
  •   2.7 误差分析
  •   2.8 本章小结
  • 第三章 超声波作用下微细通道压降特性研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 有无超声波作用下微细通道压降组成分析
  •   3.3 超声波作用下纯制冷剂压降特性研究
  •   3.4 超声波作用下不同浓度纳米制冷剂压降特性研究
  •     3.4.1 纳米制冷剂配置流程及物性参数计算
  •     3.4.2 不同浓度纳米制冷剂流动沸腾压降结果分析
  •     3.4.3 纳米颗粒沉积对压降特性影响机理探讨
  •   3.5 沿程测点压力特性研究
  •     3.5.1 热流密度对沿程测点压力的影响
  •     3.5.2 质量流率对沿程测点压力的影响
  •     3.5.3 超声波对沿程测点压力的影响
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 声压分布数值模拟及汽泡运动行为分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 模拟方法
  •     4.2.1 模型定义及简化
  •     4.2.2 计算域中的物理场
  •     4.2.3 边界条件设置和网格划分
  •   4.3 声压分布模拟结果和分析
  •     4.3.1 超声波作用方式对声压分布的影响
  •     4.3.2 超声波功率对声压分布的影响
  •     4.3.3 超声波频率对声压分布的影响
  •   4.4 超声波作用下汽泡运动行为分析
  •     4.4.1 超声波效应对汽泡的影响
  •     4.4.2 超声波作用下汽泡受力分析
  •     4.4.3 汽泡脱离频率和脱离直径分析
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 超声波作用下微细通道不稳定性研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 压降时域特性分析
  •     5.2.1 有无超声波作用的影响
  •     5.2.2 热流密度和质量流率的影响
  •     5.2.3 超声波功率和频率的影响
  •     5.2.4 纳米制冷剂浓度的影响
  •   5.3 压降频域特性分析
  •   5.4 压降及不稳定性可视化结果与分析
  •   5.5 本章小结
  • 结论与展望
  •   主要研究结论
  •   本文研究特色与创新点
  •   建议和展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果
  • 致谢
  • 附件

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 廖政标

    导师: 罗小平

    关键词: 超声波,微细通道,流动沸腾,压降,不稳定性

    来源: 华南理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,工业通用技术及设备,动力工程

    单位: 华南理工大学

    基金: 国家自然科学基金项目“基于外场协同作用复杂润湿表面微细通道相变传热优化与流型拓扑结构调控研究”(21776096)

    分类号: TK172;TB559

    DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.003081

    总页数: 101

    文件大小: 5344K

    下载量: 94

    相关论文文献

    • [1].振动工况下过冷流动沸腾界面参数实验研究[J]. 工程热物理学报 2020(07)
    • [2].系统压力对间歇式流动沸腾特性影响的实验研究[J]. 核科学与工程 2015(04)
    • [3].微细通道内流动沸腾压降特性的分析与研究[J]. 产业创新研究 2018(10)
    • [4].液氮过冷流动沸腾数值模拟中的双流体模型[J]. 力学进展 2009(02)
    • [5].单个微小通道中液氮流动沸腾换热实验研究（英文）[J]. Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2020(02)
    • [6].中心正交旋转管道内流动沸腾特性的数值研究[J]. 中国电机工程学报 2019(18)
    • [7].竖直窄流道内过冷流动沸腾的汽泡生长过程流场特性分析[J]. 核动力工程 2010(S1)
    • [8].竖直圆管内液氮过冷流动沸腾数值模拟研究[J]. 化学工程 2008(10)
    • [9].制冷工质流动沸腾数值模拟中源项模型的研究进展[J]. 化工进展 2018(08)
    • [10].构形树状小通道内的流动沸腾换热特性[J]. 工程热物理学报 2010(12)
    • [11].水平细长通道中的流动沸腾实验研究[J]. 工程热物理学报 2018(12)
    • [12].高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟[J]. 化工学报 2010(03)
    • [13].微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降特性研究[J]. 山东科学 2017(06)
    • [14].微细通道内非共沸工质流动沸腾换热实验研究[J]. 工程热物理学报 2018(09)
    • [15].微尺度流动沸腾不稳定性的控制策略[J]. 安徽工业大学学报(自然科学版) 2016(04)
    • [16].微通道内浓度对纳米制冷剂流动沸腾压降波动的影响[J]. 化工进展 2017(05)
    • [17].多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究[J]. 工程热物理学报 2009(06)
    • [18].通道结构强化微通道流动沸腾流动与传热[J]. 科学通报 2019(23)
    • [19].基于OpenFOAM的过冷流动沸腾数值模拟[J]. 原子能科学技术 2019(11)
    • [20].过冷流动沸腾汽泡浮升直径的理论研究[J]. 原子能科学技术 2017(11)
    • [21].微通道内流动沸腾特性研究[J]. 能源研究与信息 2014(04)
    • [22].微尺度平行多通道内制冷剂流动沸腾压降特性[J]. 工程热物理学报 2017(12)
    • [23].摇摆状态下窄通道流动沸腾换热特性研究[J]. 热能动力工程 2013(06)
    • [24].微肋阵通道内流动沸腾CHF特性[J]. 化工学报 2018(05)
    • [25].MWCNT纳米结构表面对过冷流动沸腾的影响[J]. 大连海事大学学报 2016(03)
    • [26].高压工况下管内垂直向上流动沸腾CHF机理模型研究[J]. 核动力工程 2018(06)
    • [27].微重力流动沸腾气泡脱离机制[J]. 低温工程 2015(02)
    • [28].极端润湿性微细通道内R141b的流动沸腾压降特性[J]. 华南理工大学学报(自然科学版) 2018(02)
    • [29].微细通道纳米制冷剂流动沸腾阻力特性[J]. 化工进展 2016(12)
    • [30].附加惯性力作用下竖直矩形流道内过冷流动沸腾的数值模拟[J]. 化工学报 2011(05)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    超声波作用下微细通道内流动沸腾压降及不稳定性研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6