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加热棒表面沸腾换热特性及临界热流密度研究

加热棒表面沸腾换热特性及临界热流密度研究

作者：张国繁北京化工大学

学位级别：硕士

在石油化工、食品、医药等行业里,沸腾换热因其具有很高的传热能力而被广泛应用,其中棒状的电加热元件非常常见。沸腾的机理非常复杂,它是通过大量气泡的形成、成长和运动将工质由液态转换到气态的一种剧烈的蒸发过程。沸腾换热发生在... 详细信息

在石油化工、食品、医药等行业里,沸腾换热因其具有很高的传热能力而被广泛应用,其中棒状的电加热元件非常常见。沸腾的机理非常复杂,它是通过大量气泡的形成、成长和运动将工质由液态转换到气态的一种剧烈的蒸发过程。沸腾换热发生在沸腾壁面上,沸腾壁面的几何特性和换热特性都对换热能力有很大的影响,也受到很多研究者的广泛关注。其中沸腾表面所处的位置对沸腾换热也有很大的影响。池沸腾换热在工业领域有很重要的应用价值,它关系到如何最大限度地挖掘相变换热器的工作潜力,以期达到节约能源的目的。因此研究加热表面沸腾换热特性随几何结构和几何位置的变化规律对提高沸腾换热能力具有重要的科学和经济意义,同时研究加热表面的临界热流密度值对提高沸腾换热效率和设备安全具有重要的现实意义。本文开展了大长径比电加热元件池沸腾的实验研究和数值模拟研究,通过加热棒不同加热功率和不同放置方式的比较,来研究加热表面沸腾换热特性的变化规律,主要包括以下三方面的内容:(1)棒束池沸腾的可视化实验研究和温度测量研究。实验过程中运用高速摄影采集加热表面气泡的成核、生长和脱离过程的视频文件,同时拍摄得到加热壁面附近流体介质的流动形态。通过对采集到的视频文件的处理,得到加热表面气泡的生长速率、生长周期、脱离直径、脱离频率和汽化核心密度。再计算得到加热表面的相变速率和热流密度,比较不同加热功率和加热棒不同轴向高度的沸腾换热特性来得到其变化规律。实验中采集加热棒表面的温度数据,比较加热棒轴向各高度处的温度,分析加热棒表面温度沿轴向高度的变化规律。(2)加热棒竖直放置工况下池沸腾的数值模拟研究。本文基于ANSYS FLUENT平台,构建六面体结构化网格,选用壁面沸腾模型对池沸腾现象进行模拟。首先对实验工况进行数值模拟,对比数值结果和实验结果,验证数值模型的可靠性。在验证数值模型可靠性的前提下,为了节约计算成本,对单根加热棒的池沸腾进行数值模拟。通过数值模拟结果分析加热棒竖直放置时加热表面热流密度、沸腾换热系数随加热功率和加热棒轴向高度的变化规律,同时得到加热表面汽化核心密度、气泡脱离直径和气泡脱离频率随加热功率的变化规律。通过局部气相体积分数云图、气相速度矢量图和气相流线图进一步分析沸腾换热特性随几何位置变化的机理。分析加热棒水平放置时加热表面热流密度和沸腾换热系数随周向角的变化状况。(3)通过分析对比加热棒水平放置和竖直放置两种工况的液相温度云图、气相体积分数云图和气相速度矢量图,分别得到两种放置方式的优缺点。

关键词：加热表面沸腾换热特性热流密度气泡行为数值模拟

英国标准BS6351—1983表面电加热第1部分：表面电加热装置技术要求（续）

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爆炸性环境电气防爆技术 1994年第4期 24-30页

作者：项云林

英国标准ＢＳ６３５１—１９８３表面电加热第１部分：表面电加热装置技术要求（续）８．１．１１低温弯曲试验注１．本试验目的是要检验力。热电缆，加热带、加热电缆（带）单元和冷接引线是否具有足够的强度和柔性使之在制造厂规定的... 详细信息

英国标准ＢＳ６３５１—１９８３表面电加热第１部分：表面电加热装置技术要求（续）８．１．１１低温弯曲试验注１．本试验目的是要检验力。热电缆，加热带、加热电缆（带）单元和冷接引线是否具有足够的强度和柔性使之在制造厂规定的最低安装温度下安装时无损坏。对表面...

关键词：表面电加热加热电缆表面加热器金属包层加热器单元技术要求最高表面温度英国标准防爆型式加热表面

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池内过冷核沸腾表面活化核心密度的研究

北京航空航天大学学报 2000年第5期26卷 581-583页

作者：吴玉庭袁修干杨春信马重芳北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系北京工业大学

为研究在过冷沸腾条件下的加热表面的活化核心密度尺度分布是否具有分形特征 ,运用核态沸腾换热机理模型对不同过冷度下的 4种不锈钢换热表面的活化核心密度进行了预测 .结果表明 :对于特定的沸腾表面 ,过冷度不影响活化核心密度曲线的... 详细信息

为研究在过冷沸腾条件下的加热表面的活化核心密度尺度分布是否具有分形特征 ,运用核态沸腾换热机理模型对不同过冷度下的 4种不锈钢换热表面的活化核心密度进行了预测 .结果表明 :对于特定的沸腾表面 ,过冷度不影响活化核心密度曲线的形式 ,预测曲线与作者提出的加热表面活化核心密度的分形描述相一致。

关键词：加热表面活化核心过冷沸腾条件密度尺寸

表面电加热──第1部分：表面电加热装置技术要求

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爆炸性环境电气防爆技术 1994年第2期 23-27页

作者：项云林

表面电加热──第１部分：表面电加热装置技术要求技术要求第一篇总则０．５引言１．范围２．定义第二篇表面电加热装置的要求３．一般要求４．等级５．结构６．接线端子．７．试验项目８．试验方法９．标志第三篇危险场所用表面电加热... 详细信息

表面电加热──第１部分：表面电加热装置技术要求技术要求第一篇总则０．５引言１．范围２．定义第二篇表面电加热装置的要求３．一般要求４．等级５．结构６．接线端子．７．试验项目８．试验方法９．标志第三篇危险场所用表面电加热装置的附加要求１０．一般要求１１、...

关键词：表面电加热表面加热器加热电缆单元金属包层加热器单元危险场所接线端子电压试验加热带单元加热表面

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正戊醇溶液液滴蒸发特性研究

中南大学学报（自然科学版） 2022年第12期53卷 4915-4923页

作者：刘楷钊朱明汉侯文惠胡艳鑫黄金广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 华南师大(清远)科技创新研究院有限公司广东清远511517

为了研究正戊醇溶液液滴的蒸发特性,采用可视化实验研究不同质量分数的正戊醇溶液液滴在不同加热功率平面上的蒸发行为。研究结果表明:正戊醇溶液液滴在加热表面的蒸发行为受自身组分及基底加热功率影响,增大正戊醇质量分数,润湿直径变... 详细信息

为了研究正戊醇溶液液滴的蒸发特性,采用可视化实验研究不同质量分数的正戊醇溶液液滴在不同加热功率平面上的蒸发行为。研究结果表明:正戊醇溶液液滴在加热表面的蒸发行为受自身组分及基底加热功率影响,增大正戊醇质量分数,润湿直径变大,接触角变小,润湿能力提高;液滴的润湿直径变化可分为2个阶段,在第一阶段保持恒定值,在第二阶段逐渐减小至零。在0.5 W和1.0 W加热功率下,质量分数为1.5%的正戊醇溶液液滴保持恒润湿直径的时长占蒸发总时长的比例分别为0.346和0.368,接触线滑移能力显著增强;正戊醇溶液液滴的蒸发模式包括恒润湿直径模式和混合模式,以恒润湿直径模式为主,在蒸发后期出现接触角与润湿直径同时减小的混合模式;随着正戊醇质量分数增大,保持恒润湿直径模式的时间所占比例减小,液滴三相接触线更易迁移。

关键词：加热表面液滴蒸发润湿直径接触角蒸发时间

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液滴撞击加热壁面的实验平台设计与教学应用

实验技术与管理 2024年

作者：李聪王佳利王志敏李源慧陶振翔吴建松杨溢中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京化工大学宏德书院

液滴撞击加热表面现象广泛应用于多个领域，涉及工程热力学、传热学和流体力学等多学科交叉知识。该研究构建了液滴撞击加热表面实验平台，分析了不同撞击高度和表面温度下的液滴模式及动力学特征参数。此外，基于8个方面制定并设计实... 详细信息

液滴撞击加热表面现象广泛应用于多个领域，涉及工程热力学、传热学和流体力学等多学科交叉知识。该研究构建了液滴撞击加热表面实验平台，分析了不同撞击高度和表面温度下的液滴模式及动力学特征参数。此外，基于8个方面制定并设计实验课程，旨在提高学生的参与度和解决问题能力。对学生的满意度调查发现，学生在五个方面的满意度均超过90%。

关键词：液滴撞击加热表面课程设计实验教学学生满意度