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微细通道内表面活性剂对Al2O3/R141b流动沸腾传热的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2019年第5期47卷 1-8,F0002页

作者：罗小平彭子哲李海燕华南理工大学机械与汽车工程学院

为了探究微细通道内表面活性剂对纳米流体制冷剂Al2O3/R141b流动沸腾传热的影响,采用二步法制备了添加0.2%(质量分数,余同)SDBS、0.3%SDBS、0.3%CTAB、0.4%CTAB、0.1%Span80、0.2%Span80的改性纳米流体制冷剂与0.1%Al2O3/R141b纯纳米流... 详细信息

为了探究微细通道内表面活性剂对纳米流体制冷剂Al2O3/R141b流动沸腾传热的影响,采用二步法制备了添加0.2%(质量分数,余同)SDBS、0.3%SDBS、0.3%CTAB、0.4%CTAB、0.1%Span80、0.2%Span80的改性纳米流体制冷剂与0.1%Al2O3/R141b纯纳米流体制冷剂共7种实验工质.设计系统压力为170kPa、热流密度为9.4~33.5kW/m2、质量流率为219.9~439.8kg/(m2·s),在高、宽分别为2.0、1.0mm的矩形截面微细通道内进行流动沸腾传热实验.研究结果表明:表面活性剂对纳米流体制冷剂饱和沸腾区的流动沸腾传热系数影响十分显著;在选用的热流密度及质量流率范围内,采用前述6种添加了表面活性剂的纳米流体制冷剂时,饱和沸腾区平均传热系数较采用纯纳米流体制冷剂时分别提升27.7%、17.9%、13.8%、8.9%、7.9%、5.3%;表面活性剂强化因子SEF随质量流率的变化规律不明显,在同一质量流率下SEF随着热流密度的增大而减小,其中阴离子型表面活性剂SDBS对纳米流体流动沸腾传热的效果最好,阳离子型表面活性剂CTAB次之,非离子型表面活性剂Span80最差.

关键词：微细通道表面活性剂纳米流体流动沸腾强化因子

微细通道内R1234ze(E)和R134a冷凝特性的数值模拟

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高校化学工程学报 2020年第1期34卷 96-103页

作者：顾昕文键张星王斯民厉彦忠西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volume of fluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻... 详细信息

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volume of fluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻力性能的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的换热系数和压降都随质量流速和干度的增大而增大。相同情况下,R1234ze(E)换热系数小于R134a,但压降大于R134a。R1234ze(E)的液膜厚度平均要比R134a薄15.7%。当气液两相都为湍流,有效热导率对不同工质在水平圆管内的冷凝换热性能有重要影响。R1234ze(E)在管内的液膜分布特性整体上和R134a相似。现有的关联式对R1234ze(E)的压降都存在一定的低估,平均绝对误差都在30%左右。

关键词：微细通道冷凝 R1234ze(E) 换热系数压降梯度

电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热性能

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农业工程学报 2022年第13期38卷 210-220页

作者：罗小平李世珍刘倩周建阳华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广西大学化学化工学院南宁530004

为探究电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性,该研究在微细通道几何中心布置线状电极来产生0~800V不均匀电场,采用两步法配置出不同质量分数的SiO2-R141b纳米流体,在截面为2 mm×2mm微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同质量... 详细信息

为探究电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性,该研究在微细通道几何中心布置线状电极来产生0~800V不均匀电场,采用两步法配置出不同质量分数的SiO2-R141b纳米流体,在截面为2 mm×2mm微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同质量分数纳米流体在不同电压电场作用下微细通道内平均饱和沸腾传热系数以及有效强化传热热流密度范围。通过可视化研究不同电压电场作用下微细通道中汽泡的脱离速率、受限汽泡运动速度以及长径比的变化,分析电场作用下纳米流体流动沸腾强化传热机理。利用传热综合性能评价方法研究不同强化技术对微细通道的强化传热综合性能的提升。研究结果表明,相较于纯制冷剂,单独电场强化、单独添加纳米颗粒强化、电场与添加纳米颗粒复合强化作用最大饱和沸腾传热系数分别提升44.9%、20.9%、58.0%。电场作用下纳米流体强化传热综合性能最高,平均传热综合性能评价因子为1.34。该研究结果可为微细通道内复合强化传热技术的应用提供参考。

关键词：微细通道电场纳米流体流动沸腾可视化

微细通道底部表面强化结构对单相及流动沸腾传热的影响

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微细通道底部表面强化结构对单相及流动沸腾传热的影响

作者：陈镇广西大学

学位级别：硕士

近年来,科学技术的不断发展使得电子器件的热流密度逐渐上升,而微加工技术的不断进步也使得电子器件的体积进一步减小。这就对微细通道散热器的换热能力有更高的要求,以至于简单的微细通道散热器已经无法满足其换热需求。因此,需要进一... 详细信息

近年来,科学技术的不断发展使得电子器件的热流密度逐渐上升,而微加工技术的不断进步也使得电子器件的体积进一步减小。这就对微细通道散热器的换热能力有更高的要求,以至于简单的微细通道散热器已经无法满足其换热需求。因此,需要进一步强化微细通道的换热能力。本文采用数值模拟与实验研究相结合的方法研究微细通道底部表面强化结构对单相及流动沸腾传热的影响,研究结果可以为微细通道散热器的设计提供理论依据。具体的研究内容如下:(1)数值研究了布置正三棱柱的底面强化结构对细通道单相流动传热的影响。通过改变三棱柱布置方式、高度H和相邻两个三棱柱之间的偏移量S分析其对微细通道速度场和温度场的分布、局部压力、局部壁面温度、局部摩擦阻力系数、局部努塞尔数和综合性能的影响。结果表明:后向三棱柱细通道(MC-BTP,三棱柱的顶点指向通道出口)的加热壁面温度均匀性最好,努塞尔数Nu最高,摩擦阻力系数f也最大,在绝大多数情况下综合性能PEC也最好,最大为1.79。随着三棱柱高度H的增加,f增加,Nu和PEC先增大后减小。而相邻两个三棱柱之间偏移量S的增加均会使f、Nu和PEC降低。(2)将传统的双层光滑微通道底面设计成波浪形结构,并数值模拟上下层通道不同相位组合的波浪形对单相流动传热的影响。结果表明:波浪形双层微通道会使流体在流经波浪形底面时产生涡流,从而增强流体的扰动程度,增大流动阻力;在所研究的雷诺数范围内,上下同相的波浪形双层微通道(IP-WMC-WMC)的摩擦阻力系数比双层直通道(SMC-SMC)平均高56.47%;IP-WMC-WMC的努塞尔数比SMC-SMC平均高25.36%,综合性能评价因子在大部分工况下大于1(最大值为1.15),表明波浪形双层微通道具有较好的综合性能。(3)设计底面带有倾斜凹槽的细通道热沉,并对其两相流动沸腾传热进行实验研究,此外还将其与扭带复合进行流动沸腾研究。结果表明,底部凹槽可以增大换热面积,增加汽化核心数量,使细通道热沉在较小的有效热流密度和较低的壁面过热度下达到沸腾状态。凹槽的存在也会延缓汽泡的长大与合并,能有效提高两相沸腾传热能力,并可以抑制沸腾不稳定性。最后,扭带的复合可以产生漩流效果,对汽泡的运动有很大影响,加强冷热流体的混合,能进一步强化细通道沸腾传热。与光滑细通道相比,底部带有凹槽的细通道平均传热系数提高10.91%,插入扭带后提高22.14%。

关键词：微细通道表面结构强化传热单相对流传热流动沸腾传热

相分离结构微细通道流动沸腾压降分析与可视化

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化工进展 2023年第12期42卷 6157-6170页

作者：罗小平周家玉李桂中华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

为探究相分离结构对微细通道流动沸腾压降的影响,利用数控技术加工了相分离结构微细通道实验段。以质量分数为30%的甘油水溶液作为实验工质,在工质入口温度为70℃、质量流率为121.25kg/(m^(2)·s)、热流密度为76.61~150.70kW/m^(2)的工... 详细信息

为探究相分离结构对微细通道流动沸腾压降的影响,利用数控技术加工了相分离结构微细通道实验段。以质量分数为30%的甘油水溶液作为实验工质,在工质入口温度为70℃、质量流率为121.25kg/(m^(2)·s)、热流密度为76.61~150.70kW/m^(2)的工况下分析了两种(多孔/少孔)相分离结构和无排气孔的普通微细通道的压降变化,同时对通道内气泡行为进行了可视化研究,引入气相分离系数对受限气泡在通道内的生长行为进行定量分析。实验结果表明,相分离结构可以改善通道内两相总压降,在多孔、少孔和普通微细通道中,微细通道的气相转移面积越大,气相分离系数越大,通道内受限气泡长径比越小,两相总压降损失越小。此外,通过对相邻通道增加压差,调整合适的压力切换周期,可以进一步改善相分离膜的气相转移速率,减缓通道内两相总压降。

关键词：相分离微细通道压降流动沸腾可视化

微细通道内蒸汽直接接触间歇凝结界面形态及运动特征研究

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微细通道内蒸汽直接接触间歇凝结界面形态及运动特征研究

作者：张猛河北科技大学

学位级别：硕士

蒸汽直接接触间歇凝结是一种具有高传热效率和无中间热阻的凝结方式,具有将过冷水周期性吸入支管的特征。近年来,有学者提出利用微细通道内蒸汽直接间歇凝结诱发的高频汽液两相流振荡特性,使流动沸腾临界热通量显著提高,这在超高热通量... 详细信息

蒸汽直接接触间歇凝结是一种具有高传热效率和无中间热阻的凝结方式,具有将过冷水周期性吸入支管的特征。近年来,有学者提出利用微细通道内蒸汽直接间歇凝结诱发的高频汽液两相流振荡特性,使流动沸腾临界热通量显著提高,这在超高热通量电子器件散热领域具有独特的应用前景。因此,深入探究微细通道内蒸汽直接间歇凝结的汽液相界面形态及运动特征,对于研发新型微通道电子器件散热装置具有重要意义。本文主要做了以下工作:基于设计并搭建的微细尺度蒸汽直接接触凝结测试实验平台,开展在过冷水质量流量5.75-115.09kg/(m·s)、过冷水温度30-65℃及蒸汽质量流量3.09-11.59kg/(m·s)工况下的可视化实验。在153组实验工况下观察到5种典型的间歇凝结流型,根据汽液相界面的凝结方式和形态特征进行了命名和分类,构建了三维凝结流型图。利用图像处理软件Image J和MATLAB对可视化图像进行批量预处理和形态学分析,获取了汽液相界面的形态和运动特征参数,分析了不同流型下的可视化特征参数并探究了汽水工况对前述参数的影响规律。研究发现,5种间歇凝结流型的形态特征参数和运动特征参数差异明显,各类流型的相界面高度随时间变化曲线迥异,可凭此甄别流型。随过冷水温度和蒸汽质量流量增加,相界面的形态特征参数将会明显增大,当过冷水质量流量增加时形态特征参数会大幅减小,运动特征参数随汽水工况变化均呈现出不同的趋势。此外,基于SPSS统计软件,通过多分类多元logistic回归分析获得了汽水参数对于流型的概率关联式,其预测结果准确率最高约为83%。通过线性回归分析计算了汽水参数对于可视化特征参数的相关模型,并获取了其影响程度排序。提出了新型微细通道电子器件散热装置设计思路,并根据多目标规划模型求解了理论最佳工况参数。相关研究结果为后续新型微细通道电子器件散热装置研发提供了一定的理论指导。

关键词：微细通道气液两相流界面间歇凝结相界面运动

电场与声场协同作用下微细通道流动沸腾传热特性

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第10期53卷 4150-4164页

作者：罗小平杨书斌张超勇许静姝华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

为探究电场与声场协同作用下微细通道流动沸腾传热特性,搭建将电场和声场加入微细通道的流动沸腾传热实验平台。实验工质采用制冷剂R141b,工质质量流率为115.91~231.82 kg/(m2·s),实验系统压力为142 kPa,工质进口温度为34℃,通过调节... 详细信息

为探究电场与声场协同作用下微细通道流动沸腾传热特性,搭建将电场和声场加入微细通道的流动沸腾传热实验平台。实验工质采用制冷剂R141b,工质质量流率为115.91~231.82 kg/(m2·s),实验系统压力为142 kPa,工质进口温度为34℃,通过调节施加电场外部电压、超声波换能器功率与频率、声场布置方式进行不同工况下微细通道流动沸腾传热实验,根据实验工质与实验系统操作条件选取电场电压变化范围为400~800 V,超声波换能器功率变化范围为12.5~50.0 W、频率变化范围为23~40 kHz。通过COMSOL软件模拟仿真研究进口施加超声波和进出口同时施加超声波时微细通道内声场分布,进而研究声场布置方式对微细通道强化传热影响。通过可视化研究在无外加物理场、单独电场、单独声场、电场与声场协同作用下受限气泡长径比变化情况,进而研究不同工况下微细通道平均饱和沸腾传热系数。研究不同外场参数作用下,微细通道有效强化传热(传热强化因子大于1.4)热流密度变化范围。研究结果表明:电场与声场协同作用后能显著提高微细通道强化传热能力且强化传热效果比单独电场和单独声场的强,在本实验工况范围内,与无外加物理场相比,单独电场、单独声场、电场与声场协同作用的平均饱和沸腾传热系数最大分别提高57%,75%和124%。电场与声场协同作用后有效强化传热热流密度范围比单独电场、单独声场作用有明显增大。

关键词：微细通道电场声场协同作用流动沸腾传热

电场与声场作用下微细通道内R141b压降特性

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高校化学工程学报 2022年第5期36卷 647-655页

作者：罗小平许静姝杨书斌李景生张超勇华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

为研究电场与声场对微细通道压降和总体传热性能的影响,以制冷剂一氟二氯乙烷R141b为实验工质,对比并分析无外场、单独电场、单独声场、两场同时作用下的两相压降变化及影响。结合功率谱密度(PSD)和可视化,研究电场与声场作用下两相压... 详细信息

为研究电场与声场对微细通道压降和总体传热性能的影响,以制冷剂一氟二氯乙烷R141b为实验工质,对比并分析无外场、单独电场、单独声场、两场同时作用下的两相压降变化及影响。结合功率谱密度(PSD)和可视化,研究电场与声场作用下两相压降频域特性和气泡运动状态。采用Webb-Bergles方法研究不同外场作用下的微细通道强化传热综合性能。结果表明:在本实验工况下,电场电压越大、超声波频率越小、功率越大,两相压降越大;电场、声场的作用,能够加剧通道内气泡运动,降低气泡长径比;通过强化传热综合性能评价发现,电场和声场同时作用下强化传热综合性能最高,最高可达1.78。该研究结果可从多外场强化传热技术角度为微细通道换热提供新思路。

关键词：微细通道超声波场电场压降功率谱密度可视化强化传热综合性能评价

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微细通道内纳米制冷剂的流动沸腾传热特性

华南理工大学学报（自然科学版） 2016年第8期44卷 1-7页

作者：罗小平吴迪冯振飞涂华营华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 广西大学化学化工学院广西南宁530004

分别以0、0.031%、0.062%、0.155%、0.248%浓度的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂为工质,在水力直径为1.33 mm的矩形铝基微细通道内进行了流动沸腾实验,研究了不同浓度纳米制冷剂实验后槽道表面能的变化情况.结果表明:加入少量纳米颗粒后,壁面... 详细信息

分别以0、0.031%、0.062%、0.155%、0.248%浓度的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂为工质,在水力直径为1.33 mm的矩形铝基微细通道内进行了流动沸腾实验,研究了不同浓度纳米制冷剂实验后槽道表面能的变化情况.结果表明:加入少量纳米颗粒后,壁面形成大量的活化核心,使得沸腾起始点ONB提前,强化了传热;浓度为0.062%纳米制冷剂的强化传热效果最好,传热系数比纯制冷剂最大可提高48.1%;当纳米颗粒浓度超过最佳浓度而继续增大时,颗粒在表面沉积现象越来越严重,使槽道表面能增大,换热热阻也随之增大,强化传热效果反而依次降低.浓度为0.031%、0.062%、0.155%、0.248%纳米制冷剂实验后的槽道表面能,比槽道原始表面能分别增长了0.47、1.39、1.89、2.14倍.

关键词：微细通道纳米制冷剂强化传热表面能