纳米流体强化传热实验研究进展

随着对纳米流体研究的逐步深入,纳米流体作为一种新型强化传热介质,呈现出了与传统流体迥然不同传热性能.文中综述了近年来纳米流体的制备、稳定性、强化换热性能等方面的最新实验研究进展,并对实验结果进行了简要分析,给出了在不同传热方式下影响其传热性能的主要因素,同时针对纳米流体实验研究的发展方向提出了展望.     

纳米流体水平管内沸腾流型的模拟研究

利用UDF编程定义纳米流体相变源项,对Al2O3-H2O纳米流体在水平管内的沸腾过程进行了数值模拟,分析研究了纳米流体在水平管内沸腾的流型特点,结果表明水平管内沸腾蒸发产生的相变含气率沿着管长方向不断增加,但相同截面位置纳米流体的含气量高于纯水的含气量,有助于强化流体的扰动与混合。对于不同浓度的Al2O3-H2O纳米流体的流型研究表明：颗粒浓度对于纳米流体管内沸腾过程的影响不大。随后将纳米流体与纯水的流型进行比较,结果表明Al2O3-H2O纳米流体使得管内沸腾更剧烈,也更容易沸腾,这将改善水平圆管的流动特性。     

纳米流体强化气液传质的研究进展

气液传质广泛存在于气体分离等化工过程中,强化气液传质有助于实现高效率低能耗的生产。向气液两相体系中加入第三分散相固体颗粒可以显著强化气液传质过程。纳米流体是指,将纳米级金属或非金属氧化物粒子以一定方式和比例添加至液体工质中而形成的稳定的固、液悬浮液。加入的纳米颗粒具有良好的换热性能,不仅可以增强基液内的热量传递过程,而且因为颗粒的微扰动也可以显著强化传质过程。本文主要对纳米流体在强化气液传质的实验、理论研究成果进行了总结归纳,并对目前的纳米流体在气液传质领域中的应用不足之处提出展望。     

以泡沫金属为吸液芯的纳米流体热管传热性能试验研究

从热管的吸液芯对传热性能的影响出发,分别对以铜材泡沫金属和丝网为吸液芯的热管进行了传热性能试验研究,两种热管的工质都为质量浓度为1％的Al2 O3纳米流体。试验结果显示泡沫金属吸液芯热管在等温性、换热系数和传热极限等方面都要比丝网吸液芯热管更好,泡沫金属吸液芯热管的传热性能要优于丝网吸液芯热管。     

船用柴油机冷却水CFD分析及沸腾传热研究

针对高强化发动机的热负荷问题,寻求适当的冷却水量、压力及合理的流场分布是柴油机冷却水腔设计的重要一环。本文以某船用柴油机气缸盖-气缸套冷却水腔为研究对象,通过冷却系统一维仿真得出边界条件,利用FLUENT软件对冷却水腔的冷却水流场进行数值模拟。通过对三维流场的分析,对水腔的压力损失、流场分布给出了恰当的评估并指出了流动优化的方向。为研究发动机冷却水腔内存在的过冷沸腾传热现象,借助于空泡份额(单位容积中气泡所占的百分比)的概念,提出和建立了一种基于单相流的沸腾传热计算方法。     

流体薄膜强化传热技术的发展

本文介绍了流体薄膜强化传热－液膜蒸发－冷凝传热的优点和当今世界的最新水平、主要研究成果，及其在海水脱盐装置中的应用。列举了各种型式高性能液膜蒸发－冷凝传热管及其特性数据。     

摇摆运动对过冷沸腾传热特性影响的机理分析

通过建立静止及摇摆状态下窄矩形通道内的强迫循环过冷沸腾汽泡动力学效应数学模型,分析摇摆状态下过冷沸腾中的滑移汽泡受力行为,讨论摇摆状态下附加惯性力场对汽泡行为影响的规律。基于分相流模型,分析不同摇摆运动参数对过冷沸腾液相流动传热特性及汽泡运动的影响程度,并对理论研究结论进行试验验证。研究结果表明:当摇摆运动不足以导致强迫循环质量流量发生明显变化时,由摇摆运动引入的附加惯性力及由流道空间位置改变引起的浮力变化均不足以改变汽泡运动的规律,因此,摇摆运动对过冷沸腾传热特性的影响可以忽略,获得的结论可为船用换热器性能评价提供参考。

     

单流体方法处理管道流固耦合传热

核动力管道内流体非绝热流动,涉及流固耦合传热问题。利用解析法验证流固耦合数值模拟计算的可行性。为减少数值模拟计算量,提出单流体计算方法,其计算结果与流固耦合传热计算值相比较,发现单流体计算中流经管壁的热流量存在一定偏差。通过对流体域边界表面传热系数的修改,修正管壁热流量的计算值,得到了与参考值相一致的计算结果。研究表明,涉及管道流动传热问题时,单流体数值模拟计算不仅能够满足计算精度,而且可简化模拟设置,节约计算时间。     

采用IPSA法对水平管内流动沸腾传热特性的分析

采用英国D.B.Spalding教授提出的一种两相流计算方法－－IPSA方法，对水平管内R12的流动沸腾进行了数值模拟，并且与实验数据进行了比较。结果证明这种方法能够较好对管内两相流动沸腾的传热特性进行分析。     

采用IPSA法对水平管内流动沸腾传热特性的分析

采用英国D.B.Spalding教授提出的一种两相流计算方法--IPSA方法,对水平管内R12的流动沸腾进行了数值模拟,并且与实验数据进行了比较.结果证明这种方法能够较好对管内两相流动沸腾的传热特性进行分析.     

水基纳米流体主机冷却系统及其余热利用

为探讨纳米流体优越传热性能在船舶主机冷却系统中的应用,文中通过对水基纳米流体高效传热机理的分析,提出了将其应用于船舶主机缸套冷却系统的方案,并由此提出主机缸套冷却液余热利用的新方法,随后以图示方案为例对其原理和可行性做了分析说明,认为该方案在理论上具有可行性,实践上仍需得到实船的验证。最后希望水基纳米流体冷却系统能像废气涡轮和废气锅炉一样在实船上得到应用。     

壳管式换热器强化传热技术研究进展

从传热过程方程式出发,分析了强化传热的主要方法,并详细介绍了壳管式换热器管程和壳程各种强化技术和强化传热机理的研究进展,为壳管式换热器高效换热的方法研究提供了一定的参考。     

多孔泡沫金属强化相变传热研究进展

综述了近些年来多孔泡沫金属强化相变传热与应用的研究进展,主要分为实验研究和数值模拟研究两个方面.泡沫金属强化相变传热的实验研究进展主要包含池沸腾传热、管内流动沸腾传热、作为吸液芯以及与纳米流体结合强化传热这几个方面,主要分析泡沫金属的孔隙率、孔密度以及厚度等因素对强化传热的影响;数值模拟研究方面主要从泡沫金属的结构表征和数值模拟研究方法进行介绍;最后展望了泡沫金属强化相变传热的研究方向.     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

纳米流体重力热管启动性能的试验研究

对去离子水、不同浓度和不同充液率的TiO2/H2 O纳米流体重力热管进行了测试,给出了这些热管启动过程的温度分布图。结果表明：在恒温水浴加热的试验条件下,与去离子水热管相比,纳米流体热管蒸发段启动温度低并且启动时间短,其蒸发段和冷凝段的最大温差与去离子水热管相比较低;在50％～70％充液率范围内热管蒸发段的启动时间随着充液率的增大而增加;热管启动时间随着加热温度的升高而缩短;热管倾斜角度较小的情况下将使其启动性能变差。     

流体流动的边界滑移问题研究进展

  目的  近年来,液润表面（LIS）作为一种新型的减阻表面被提出。它将传统疏水表面微沟槽中残存的气体替换为润滑油,进而提高了减阻效果的稳定性。为了更全面地认识液润表面,研究润滑油溶解性对滑移长度的影响。  方法  基于格子Boltzmann方法（LBM）伪势模型,对液润表面的滑移现象进行数值模拟,研究润滑油溶解密度和外部剪切率对滑移长度的影响规律。  结果  液润表面可以产生滑移现象,当润滑油完全混溶或极难溶时,滑移长度与组分间分子作用强度有较好的线性关系。  结论  润滑油难溶于水时,组分间作用力越大,减阻效果越好。且滑移长度不显著依赖于剪切率,润滑油的减阻特性与传统超疏水壁面的减阻特性有相似性。     

稳态工况下窄矩形通道内单相流体的传热特性研究

为了研究窄矩形通道内单相流体的传热特性,搭建了窄矩形通道的热工水力实验装置,通过稳态单相流体的实验数据对窄矩形通道内的努赛尔数进行了计算,结果发现随着雷诺数的增加,努赛尔数的变化规律分为层流区、转捩区、湍流区三个区域;同时在层流区和湍流区Sieder-Tate关系式和Gnielinski关系式能够比较好的预测窄矩形通道内的努赛尔数。     

纳米流体对径向滑动轴承冷却性能强化数值研究

径向滑动式中间轴承是船舶推进轴系主要支撑部件,其润滑性能将直接影响到整个推进系统的可靠性和传动效率,而润滑性能主要受滑油温度的影响。因此,开展中间轴承冷却性能强化研究对保障船舶推进轴系正常工作具有非常重要的意义。本文建立了中间轴承流固耦合传热数值模型,获得了最高转速工况下中间轴承主要部件及油池内滑油的温度场分布。通过与实验数据对比,验证了所建数值模型的精确性。在此基础上,基于Cu-润滑油纳米流体物性参数模型,分析了不同体积分数Cu-润滑油纳米流体对中间轴承冷却性能的影响。研究结果表明,随着纳米颗粒体积分数的增加,油池内壁面及冷却盘管外表面平均对流换热系数均显著增大,有效地增强了滑油的换热能力,中间轴承冷却性能得到了强化。     

纳米铝粉粒径对丁醇柴油基纳米流体燃料液滴蒸发特性的影响

通过丁醇柴油添加纳米铝颗粒,利用挂滴式实验装置研究纳米流体单液滴的蒸发特性.在蒸发炉内,比较含不同粒径为50、80、150 nm的纳米流体,环境温度分别为623、923 K.单液滴在923 K下的蒸发阶段可分为瞬态加热阶段、波动蒸发阶段和平衡蒸发阶段.而在623 K仅有瞬态加热阶段和平衡蒸发阶段;当环境温度为623 K时,液滴蒸发寿命随着纳米粒子的粒径增大而增大,且纳米粒子的加入抑制液滴的蒸发;环境温度为923 K下,粒子粒径为50 nm的纳米流体蒸发寿命最短.可见在高温下纳米粒子将促进液滴的蒸发,并且相对较小粒径的纳米粒子的促进作用更明显.