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:123229
真空条件下有限小空间内沸腾-凝结共存相变传热的实验研究*资助项目:国家自然科学基金项目();北京市自然科学基金项目(No. 3092007);高等学校博士学科点专项科研基金();北京工业大学第十届研究生科技基金(ykj-2012-6916)
张广孟, 刘中良, 王晨
教育部传热与过程节能重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室,
北京工业大学,北京 100124
Tel: ********** Email:******@bjut.
摘要: 给出了在低热流密度、真空条件下有限小空间内沸腾-凝结共存的相变传热特性的实验研究结果。沸腾工质为去离子水,换热表面材料为紫铜,有限空间的高度为26mm,充液液面高度从10mm到16mm。实验观察和测试结果表明,沸腾和凝结之间存在明显的相互作用和影响,随着液面高度的增加,沸腾表面传热系数先增加后减小。对压力信号的标准偏差分析表明,随着热流密度的增加,压力波动的标准差均逐渐增大直至趋于平缓,这反映出气泡的破裂受到了有限空间的影响。实验结果还表明,存在一个使沸腾和凝结表面传热系数最大的充液高度,这为优化平板热管均热器等存在沸腾-凝结共存现象的装置的设计提供了参考。
关键词:真空有限空间沸腾-凝结相变传热实验研究
0 前言
近年来,复杂微小结构内的相变传热现象由于在微电子、激光器件、绿色高效照明等中愈来愈广泛的应用和特殊地位而受到广泛重视。相比以往的单纯的研究沸腾面或者冷凝面的相变换热现象,微小结构内的相变换热现象由于具有尺寸小和内部相变换热复杂性而受到关注。由于实际应用的需要,人们在对类似于平板热管这类狭小空间内发生的传热过程进行预测时由于缺少相应的专用关系式只得转而求助大空间的研究结果。对于大空间内的沸腾换热,许多学者做了大量的实验也提出了许多关于核态沸腾换热的理论模型,比较有名的是对流类比模型、汽液交换模型以及液体微层汽化模型[1]。这些模型在各自的应用方面取得了明显的效果,也得到了一定的应用。然而,尽管这种小空间内发生的仍然是沸腾(蒸发)和凝结现象,但与大空间的情况却有实质性的不同。已有的关于发生在有限空间内的沸腾传热,也是将沸腾面作为关注的重点,如文献[2-5]。本文作者已经进行了部分相关的实验研究,结果表明在未抽真空条件下,沸腾和凝结存在着明显的相互影响,并且存在着一个最佳的充液高度使得沸腾和凝结表面
传热系数最大,如文献[6]所述。综上所述,对于发生在有限空间内的沸腾凝结共存相变换热的研究还非常少,因此,为了进一步探明发生在有限空间内的沸腾凝结共存相变换热的基本规律,建立了研究发生在真空条件下有限空间内的沸腾凝结共存相变换热的实验平台,以期通过对实验现象的观察和对实验结果的分析得到发生在有限空间内沸腾-凝结共存相变传热的基本规律,继续丰富和深化人们对相变传热的认识。
1 实验装置与实验方法
实验在水平表面池沸腾实验台上进行,实验装置如图1所示。试验段由紫铜制成,构成水平圆柱加热面,加热段与液体接触的有效放热表面直径为30 mm。试验段底部是电阻加热棒。实验段由材料为不锈钢的钢管加工而成,上面加工有用于放置测量水温和汽温的热电偶孔7和8以及连接压力传感器和阀门的小孔5