文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123498
不同形貌表面沸腾传热的实验研究
张承武1,姜桂林1,管宁1,刘志刚1*基金项目:国家自然科学基金(No. 51176105),山东省自然科学基金项目(No. ZR2010EM056)
作者简介:张承武(1977-),男,山东东营人,硕士,主要从事微尺度换热与流动领域研究。
,梁世强2
,济南 250014;,北京 100080
*联系电话:0531-85599030;E-mail: zgliu9322@
摘要: 以去离子水为工质,实验研究了外形尺寸为16mm×24mm,表面为紫铜光面、120目砂纸打磨表面、腐蚀表面及槽道表面上的池沸腾换热现象。结果表明,四个换热面上的换热热流密度随着ΔT的增大而增大,腐蚀表面、砂纸打磨表面及槽道表面的沸腾换热均强于光滑面,轻微腐蚀更有利于沸腾换热;当ΔT小于4℃时,四个换热面均无气泡产生;当ΔT等于5℃时,四个换热面均产生气泡,其中微槽道面沸腾最为剧烈,具有最好的沸腾换热效果;当ΔT逐渐达到6℃时,120目砂纸打磨面形成的微细交错沟槽作为汽化核心开始产生气泡,导致其具有与槽道面相近的沸腾换热效果。
关键词: 池沸腾,腐蚀面,砂纸打磨面,槽道面,热流密度
前言
沸腾换热是最为有效的换热方式之一,在工程领域应用广泛。前人在沸腾换热方面做过大量的研究,Li 等[1-2]-1mm(气泡脱离直径)之间的铜丝网烧结多孔结构中的蒸发/沸腾换热进行了实验研究, 发现随着多孔芯厚度的增加, 临界热流密度增加, 但是对换热系数没有显著影响。Xu等[3-4]对不同孔隙率、ppi和厚度的泡沫铜的沸腾换热特性进行了实验研究,发现ppi对泡沫金属池沸腾换热性能的影响最大,原因是ppi会影响气泡脱离的阻力,进而影响气泡脱离频率。Hu等[5]对毛细微槽群热沉中气泡动力学行为进行了实验与理论分析,揭示了毛细微槽群热沉内的气泡生长模式、气泡生长规律及其传热特性的影响。
上述文献分别研究了不同沸腾换热表面结构的换热机理及特性,但是在实际应用过程中,长期剧烈的沸腾会导致沸腾换热表面结构发生变化,沸腾换热面会产生腐蚀结垢等现象,其沸腾换热特性也随之发生变化。因此掌握不同沸腾换热表面之间的沸腾换热特性,尤其是腐蚀等表面的沸腾换热特性对于工程应用具有重要的指导意义。
本文以去离子水为工质,可视化研究了表面尺寸为16mm×24mm的紫铜光面、120目砂纸打磨面、腐蚀面及微槽道面上的沸腾换热现象,对比各个表面沸腾换热的性能并对其沸腾换热机理进行深入的理论分析。
实验装置与误差分析
实验装置
实验系统如图1所示。系统由沸腾换热实验段、液池、D摄像机、直流稳压电源加热系统和数据采集系统组成。实验段材质为紫铜,由一根紫铜棒加工而成,实验段与加热部分一体化设计,铜棒一端面为沸腾换热面深入液池,另一端加工放置电加热管的深孔,整根铜棒置于保温腔中。液池通过管路与冷凝系统连接。数据采集系统由四根热电偶、数据采集仪及计算机组成,四根热电偶中有三根等间距布置在实验段与加热端的连接部的一个侧面,另一根布置在液池内实验段的换热面上。
实验段换热面如图2所示,(a)、(b)、(c)、(d)分别是光面、120目砂