池沸腾中临界热流密度的一个分形模型

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沸腾表面对液氮临界热流密度的影响实验

Ｋｅｏｄｓ：ｓｅｄ —ｔｔｉｕｄｎｔｏｅｏｌｂｏｌｎｃｉｉａｅｔｆｕｈａｉｇｓｒａｅｙｗｒｔａｙｓａｅｌｑｉｉｇｎｐｏｉｉｇ；ｒｔｌｈａｘ；ｅｔｎｕｆｃｒｃｌ
公式的使用范围受到很大限制。沸腾表面状况就是其中的一个重要影响因素，而针对低温液体该方面然
（江大学制冷与低温研究所浙（保一集团有限公司温州。（上海卫星工程研究所上海杭州３０２）１０７
３５０）２１５２０４）０２０
摘要：用液氮作为沸腾工质，过可视化液氮沸腾实验台，不同材料和直径的沸腾表面在采通对
临界热流密度一直是沸腾研究领域中的热点之
一
的研究目前还不够完善。
沸腾表面的热物性对低温液体的大空间池沸腾
，
早期的研究成果主要在临界热流密度公式方，例如Ｚｂｒ半经验公式：ｕｅ
Ｅｘｒｍｅｏｎｌｅｅｏｏｌｕｒａｅｏｒｔｃｌｐｅｉｎｔｆｒｉｆｕｎｃｆｂｉｉｎｇｓｆｃｎｃｉｉａｈａｕｘｉｉｕｉｉｒｇｎｐｏｌｂｏｌｎｅｔｆｎｌｑｄｎｔｏｅｏｉｉｇｌ
ｑ＝Ｃ［ｏ（ｌ］ＨＰｇ＂Ｐ —Ｐ） “
其中：ｃ为常数，气化潜热，。Ｐ日为Ｐ、分别为液相、相密度，气ｇ为重力加速度，为表面张力。而临界热流密度受诸多因素的影响，这使得经验

传热学7-2

热管是20世纪60年代发展起来的具有特别高的导热性能的传热元件。
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm，内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种扰动而造成的。要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况（2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备（电加热器和核反应堆），一旦热流密度超过峰值，工况将沿qmax 虚线跳至稳定膜态沸腾线， t 将猛升至近1000 º C，可能导致设备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32

亲疏水性对池沸腾传热影响的格子Boltzmann方法研究

亲疏水性对池沸腾传热影响的格子Boltzmann方法研究微尺度沸腾传热机理及其强化技术的研究已经成为目前国际传热界关注的热点。

汽-液-固三相接触线区域的表面润湿特性(即亲疏水性)是强化微细尺度传热的关键。

然而,采用实验方法研究亲疏水性对沸腾传热的影响时难以避免粗糙度等的干扰,使得实验结论受到质疑。

现存的宏观数值模型则存在不能研究沸腾汽泡成核过程等缺陷。

针对这些问题,本文提出一个基于介观格子Boltzmann方法的汽液相变数值模型并采用该模型研究亲疏水性对池沸腾传热的影响。

具体的研究内容包括:1.改进的格子Boltzmann方法两相流模型研究。

在Shan-Chen模型的基础上,提出一个新的粒子间作用力形式并结合精确差分法引入作用力,构建了一个改进的格子Boltzmann方法两相流模型。

这一模型可以显著改善数值精度和数值稳定性,而且能避免数值结果对松弛时间的非物理依赖。

为了验证模型的可用性,采用该模型研究了液滴在具有润湿梯度的表面上的运动、合并以及分裂行为,探讨了液滴在润湿梯度驱动下的运动机理。

2.基于格子Boltzmann方法的汽液相变模型研究。

在本文提出的改进的格子Boltzmann方法两相流模型基础上,引入能量方程模型,推导了能量方程源项表达式,构建了一个基于格子Boltzmann方法的汽液相变数值模型。

该汽液相变模型不需要精确追踪界面,汽液相变通过由真实气体状态方程所决定的热力学关系(即压力、温度和密度的关系)实现。

作为一种真正意义上的汽液相变直接数值模拟方法,该模型在计算沸腾问题时不需要初始化存在小汽泡,可以模拟包含成核过程在内的整个汽液相变过程。

应用该模型,研究了微加热器(点热源)上的池沸腾传热过程。

数值结果表明微加热器可能呈现出与宏观加热面不同的池沸腾特性。

首次通过数值模拟得到了成核时间、成核温度等沸腾成核过程中的重要信息,并研究了亲疏水性对微加热器上池沸腾过程的汽泡成核时间、成核温度等的影响。

池式沸腾曲线

池式沸腾曲线
解析：
池式沸腾就是流体在一个大容积的容器内被加热实现的沸腾，对于池式沸腾，如果把纵坐标是热流密度，横坐标是壁温与饱和温度的温差，纵坐标和横坐标均采用对数坐标可得到池式沸腾曲线，如下图所示：
液体池内沸腾曲线有3个阶段：自然对流；核状沸腾；膜状沸腾。

从图中分析：
从B点开始，发现随着气泡的生成，传热系数成十上百倍迅速增大，但是到了C点以后，传热系数不上升反而下降了。

这是因为热流密度升高到一定值以后，在壁面附近产生的大量气泡来不及扩散到主流中去从而导致加热壁面被一层汽膜所覆盖，恶化了传热，引起热流密度迅速下降，而壁温迅速上升。

此过程中所能达到的最大热流密度，就称为临界热流密度。

在AC段，形成的气泡数量迅速增加，称为泡核沸腾区，C点称为“烧毁”点，或称为偏离泡核沸腾状态。

在CD段气泡数量极多，以致在加热表面附近开始合并成团，称为局
部的膜态沸腾（或称为过渡区）。

在DC'段，加热表面上形成连续的蒸汽膜（膜态沸腾区）和表面的热辐射开始起作用（膜态和辐射区）。

临界热流密度流体模化方法与分析

（３）流体模化是实验的指导理论，ＣＨＦ典型实验回路应至少具备如图３所示设备装置：泵提供循
环动力，旁路用于调节流量，过滤器用于清除杂质，蓄能器用来调压和稳压，工质在预热段预热至所需状态后在实验段进一步加热至ＣＨＦ发生，后经冷凝器冷凝回到储液罐，继而进入下一个循环。
Ｉ ⑦
⑦
冷凝器
，
①Ｊ⑦
能秆确蕃储液罐
化可行需要满足如下条件：
（炊｝ＩＦ，△∥Ａ，Ｐｌ／ｐ。，Ｌ／Ｄ），＝（炊时，△∥Ａ，
ｐｌ／ｐ。，Ｌ／Ｄ）Ｍ
（３）
由于沸腾ＣＨＦ的复杂性，不同的流道形式对
气泡尺寸、流型转变等具有重要影响，而且规律难
于把握，为了避开这种影响往往采用与实型相同的
试验本体，则式（３）中的无量纲数Ｌ／Ｄ自动满足；对于入口过冷度和液气密度的影响分别用无量纲
［３］ＡｈｍａｄＳ．Ｙ．．ＦｌｕｉｄｔＯｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｈｅａｔｆｌｕｘ：ＡｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎＭｏｄｅｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＴｒａｎｓｆｅｒ，１９７３，１６：６４１—６６２．
０９８７６５４
芒＝、Ｒ蹬霞捌３
２ｌＯ
图２密度比为加时氟利昂与水的压力对比
氟利昂类物质虽然具有良好的热力性能，但Ｒ１２、Ｒ２２和Ｒ１２３等对臭氧层具有破坏作用而逐渐被淘汰，所以模化工质的选取还必须考虑到工质的环保性能。Ｒ１３４ａ是环保替代制冷剂，其临界压力和温度分别为４．０６ＭＰａ和１０１ｏＣ（水分别为２２．０６４ＭＰａ、３７３．９９０Ｃ），ＯＤＰ值为０，是比较理想的模化工质。此外，根据模化的实际过程需要也可选择其他氟化物类、芳香烃类以及ＣＯ：等作为模化工质。

微通道流动沸腾研究综述

微通道流动沸腾研究综述孙帅杰张程宾*东南大学能源与环境学院摘要：本文通过查阅相关文献，分别从微通道的判别标准、流型与换热机理、流动沸腾的不稳定性、临界热流密度研究这几个方面阐述并分析了目前微通道流动沸腾的研究重点与研究现状。

发现目前关于微通道流动沸腾的内在机理和工作特性的研究尚处在发展阶段，对于微通道内流动沸腾换热过程的实验现象的内在机理还存在争议，关于微通道的划分、临界热流密度的判断标准等还没有普遍的共识，仍然需要更多的研究工作来完善微通道流动沸腾理论体系。

关键词：微通道流动沸腾传热机理临界热流密度Review on Flow Boiling in MicrochannelsSUN Shuaijie,ZHANG Chengbin*School of Energy and Environment,Southeast UniversityAbstract: In this paper,the relevant literatures on flow boiling in microchannels are reviewed.The criteria of microchannel,the flow pattern and heat transfer mechanism of flow boiling in microchannels,the instability of flow boiling and the critical heat flux density are discussed to analyze the research emphases and research status of flow boiling in microchannels.Much about the underlying mechanism and operating characteristics of flow boiling in microchannels is still unknown.The theoretical description on experimental flow boiling in microchannels remains unclear,and there is no general consensus on the criterion of microchannels and critical heat flux density.Therefore, more research work should be conducted to improve the theoretical basis of flow boiling in microchannels.Keywords:microchannel,flow boiling,heat transfer mechanism,critical heat flux density收稿日期： 2020123 通讯作者：张程宾（1983~），男，博士，副教授；东南大学能源与环境学院（210096）； Email:***************.cn 基金项目：国家自然科学基金（No.51776037）随着科学技术的进步和生产需要，电子设备朝着微型化和集中化方向发展，物理尺寸的减小与元件功率的增加使电子设备的热流密度日益增高 [14]。

过冷流动沸腾热传递的分形模型

关键词：冷流动沸腾；过分形；传递热
中图分类号：Ｂ１１Ｔ６文献标识码：Ａ文章编号：６３４４（０７０ — ４－５１７－３３２０｝２１１０－
ＡａｔｌｏｅｆＳｂｏｌｄＦｏＢｏｌｇＨｅｔＴｒｎｆｒＦｒｃａｄｌｏｕｃｏｅｌｗｉｎａａｓｅＭｉ
式。从该模型中发现过冷流动沸腾热流密度是壁面过热度、体的过冷度、体的主流速度与流体的接触角、流流流体物理特性的函数关系，且没有增加新的经验常数。模型预测的结果与实验数据进行了比较，者是极好的吻合。并两
ｐｏｏｅａｔｌｄｅｒｓｂｏｌｄｆｗｏｌｇｉｆｕｄｔｅａｆｎｔｎｏｌｓｐｒｅｔｌｕｄｓｂｏｌｇｂｌｅｏｉｆｒｐｓｄｆｃａｒｍｏｌｕｃｏｅｏｂｉｎｂｃｉｆｏｆｌｎｉｓｏｏｕｏｗａｌｕｅｈａ，ｉｉｃｏｉ，ｕｋｖｌｃｔｏｑｕｎｙｌｄｔｏｔｃｇｅａｄｐｙｉｌｏｅｉｓｉ．ｄｉｏａｎｗｍｐｒａｎｔｔｉｉｒｄｃｄＴｄｌｅｉｔｎｆｉ，ｅｃｎａｔｎｌｎｈｓａｒｐ￣ｅｆｕｄＮｏａｄｔｎｌｅｅｉｃｌｏｓｎｔｏｕｅ．ｅｍｏｅｒｄｃｏｓｕｈａｃｐｏｆｌｉ／ｉｃａｓｎｈｐｉ

纳米流体传热性能研究进展与问题

纳米流体传热性能研究进展与问题李新芳，朱冬生华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广州 510641E-mail xtulxf@摘要：介绍了纳米流体的制备技术，重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题，同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。

关键词：纳米流体；制备；传热性能1. 引言随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。

提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。

由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大得许多。

自从Maxwell 理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。

然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。

自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。

1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[3]提出了一个崭新的概念－纳米流体：即将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。

研究表明[4-6]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。

由于纳米材料的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。

因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。

文青龙-倾斜限制空间内池式沸腾临界热流密度试验研究

（1. 上海交通大学核科学与工程学院，上海，200240；2. 中科华核电技术研究院，广东深圳，518026）
摘要：在大气压下近饱和去离子水中，表面倾角（θ）从 0°变化到 30°、窄缝尺寸（e）从 3 mm 变化到 8 mm，开展限制空间内池式沸腾临界热流密度（CHF）试验。研究表明：CHF 值（qCHF）随 θ 的降低而减小；随 e 的增加而增大。qCHF 变化存在明显的过渡角，当表面倾角大于过渡角时，CHF 随窄缝尺寸的变化速率趋缓；当表面倾角小于过渡角时，CHF 随窄缝尺寸的变化速率加快。研究还发现过渡角随窄缝尺寸的增加而增大，3、5 和 8 mm 窄缝的过渡角分别为 10°、15°和 20°。
图 4 为本试验中的 CHF 试验数据（qCHF）与 Katto[2]及 Monde[3]的垂直矩形结构下 qCHF 随 e 的
图 4 文献关联式对试验数据的评价 Fig. 4 Assessment of Literature Correlation
for Experimental Results
增加趋势对比图。研究发现，Katto 采用同心圆盘开展试验获取的全部 qCHF 与本试验中的数据在变化趋势上具有一定的可比性，但根据这些 CHF 数据拟合的 Katto 关联式总体上都明显地高于本试验的 qCHF。从图 4 可看出，Monde 关联式能较为合理地预测本试验中 qCHF 的变化趋势。从量值上讲，Monde 关联式低估超过 15°时的 qCHF，但与 θ=10°时大部分窄缝下的 qCHF 吻合得较好。 3.1.2 表面倾角的影响图 5 为不同窄缝尺寸下 qCHF 和θ的关系图。考虑到没有开展大空间池式沸腾 CHF 的试验研究，图 5 中引用了在大气压近饱和工况（压力约为 0.1 MPa）下 Kim[4]开展的大空间池式沸腾 qCHF 随θ变化的试验数据。将大空间池式沸腾与限制空间池式沸腾 e 为 3、5、8 mm 的试验数据进行对比可知，qCHF 总体上随θ的降低而减小，这也验证了文献的研究结论。对比发现，随着θ的降低，限制空间内池式沸腾工况下的 qCHF 变化幅度明显比大空间池式沸腾下的大。对比还发现，限制空间池式沸腾下的 qCHF 总体上低于大空间池式沸腾下的 qCHF。

底部封闭竖直狭窄矩形通道自然对流沸腾的临界热流密度

总结
本文对底部封闭狭窄矩形通道的沸腾临界热流密度进行了测定 , 并对管道内的流动状态以及沸腾临界热流密度发生位置进行了观察 . 实验结果表明,与池内沸腾曲线相比, 底部封闭狭窄矩形通道的沸腾曲线, 在相同热流密度条件下过热度减小 , 并且整个沸腾曲线倾斜度小 , 随着热流密度的增加 , 沸腾曲线向池内沸腾曲线趋近 . 临界热流密度发生在加热面下部 . 另外 , 很难用底部封闭圆管道的沸腾临界热流密度预测关联式对底部封闭狭窄矩形通道进行预测 , 而利用传热当量直径 , 式(l)可以在士30 %的精度范围内对其临界热流密度进行预测
底部封闭竖直狭窄矩形通道自然对流沸腾的临界热流密度
03312504
蔡雯雯
前言
在地热利用 , 核反应堆冷却 , 电子设备冷却等许多领域都可能遇到各种形状底部封闭通道的沸腾传热问题。在众多沸腾传热问题中 , 临界热流密度作为有效利用核沸腾进行热量传递的上限而受到人们的关注。研究人员对此进行了多年研究 , 并提出了不同的预测关联式。甲滕将不同方向 , 形状的狭窄通道分为四种 ,其中之一为底部封闭的竖直狭窄通道；在楠田封闭套管实验数据基础上，提出了底部封闭套管的临界热流密度预测关联式：
实验装置
为观察液体沸腾状态加热，前面和两侧装有三个玻璃窗，测试系统装有电源自动切断装置, 当临界流密度发生时电源自动切断, 可保证实验件进行多次测试。实验中 , 对加热面阶梯状增加热量 , 在临界热流密度附近, 热量增加幅度为总热量的3%, 因此临界热流密度的偏差最大为3%。
沸腾曲线
如图，显示了L=50，不同通道间距条件下，底部封闭狭窄矩形通道沸腾曲线。图中实线是 Nishikawa 等人的池内沸腾曲线预测关联式，短线为池内沸腾曲线(s=∞) 条件下 Monde 等人的临界热流密度预测值 , 不同通道间距的临界热流密度用 CHF 表示。

CO2池沸腾换热关联式理论分析

摘
要：总结了常见的池沸腾换热关联式。通过对池沸腾换热过程分析得出ＣＯ在小热流密度和大热流密度范围下
的一种分段的换热关联式。将新的拟合公式值和预测关联式值进行比较，得出ＣＯ的拟合公式值与理论关联式及实验
拟合关联式的预测值的偏差在４－１６％之内，具有一定的通用性。通过对ＣＯ池沸腾换热过程的分析，得出池沸腾换热的影响因素及其变化规律，并总结了常用的强化池沸腾换热方法。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｏｍｍｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｐｏｏｌｂｏｉｌｉｎｇｉＳｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ａｎｄａｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆＣＯｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉＳａｔ．
ＬＩＵＳｈｅｎｇ — ｃｈｕｎ，ＬＩＵＪｉａｎｇ — ｂｉｎ，ＮＩＮＧＪｉｎｇ — ｈｏｎｇ
（ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｆｉｒｇｅｒａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３４，Ｃｈｉｎａ）
２０１３年第４１卷第９期
文章编号：１００５— ０３２９（２０１３）０９— ００８１ —０６

高等传热学课程论文--沸腾传热特点简介

研究生“高等传热学”论文重庆大学动力工程学院沸腾传热特点的综述摘要：介绍了水平管内及竖直管内流动沸腾的流型图，池沸腾及管内流动沸腾的传热强化技术，窄微流道内沸腾的传热特性。

并对沸腾传热的研究方进行了展望。

关键词：沸腾传热、流型图、强化技术、传热特性1、引言沸腾传热和汽液两相流是由本质上十分复杂的沸腾和两相流动两种物理现象耦合在一起的一种热流体流动过程，在核能、火箭、航天、材料等技术领域和能源、动力、石油、化工、冶金、制冷、食品、造纸等工业中得到了广泛的应用。

管内流动沸腾按管道布置方式主要有水平管内流动沸腾，竖直管内流动沸腾两种方式；按流道结构分主要有圆管内流动沸腾与矩形流道内的流动沸腾；按流道的尺寸分主要有常规流道及窄微流道两种。

本文主要对不同管内流动方式的特点进行综述。

2、水平管内流动及竖直管内流动沸腾2.1 水平管内的流型水平流动下流场受到重力场作用，呈较显著的相分布不均匀性。

常见的水平同向流动的流型主要有弥散泡状流、层状流、间歇流和弥散环状流。

弥散泡状流的示意图如图1所示，从图中可以看出汽泡收到浮力影响，弥散在流道顶部。

随着流速增大汽泡成泡沫状弥散与整个流道。

图1 弥散泡状流的示意图层状流又可细分为纯层状流和波状层状流。

纯层状流的示意图如图2所示，从图中可以看出汽相在流道上部流动，液相在流道底部流动，重力使两相完全分离，两相交界面光滑。

随着汽相流速增大，汽液相界面呈波状，便进入波状层状流，其示意图如图3所示。

图2纯层状流示意图图3波状层状流示意图间歇流的示意图如图4所示，从图中可以看出间歇流是液相和汽相各自呈不同的构形在流道内交替出现。

其中间歇流又可细分为塞状流、半弹状流和弹状流。

塞状流：汽泡呈弹状且偏离于流道顶部流动。

弹状流：液相呈连续相，夹杂有小液滴的汽块偏置于流道顶部并与泡沫状液块相同。

这两种流型的间歇性都可能导致压力突然变化，引起工程中最感困惑的流道振荡破坏。

半弹状流与弹状流的差异仅是泡沫状液块界面呈波状且不与流道顶部相接触。

低干度流动沸腾临界热流密度预测模型

第３４卷
第４期
核动力工程
ＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＶＯ１．３４．ＮＯ．４ＡＵｇ．２０１３
２０１３年８月文章编号：０２５８ — ０９２６（２０１３）０４－００５８－０６
泡拥塞观点，Ｃｈａｎｇ和Ｌｅｅ提出的ＣＨＦ预测模型采用动量守恒方程来计算气泡层与主流区域的极限流量传递Ｌ５Ｊ。之后，Ｌｅｅ等采用一些新的本构方程对Ｃｈａｎｇ和Ｌｅｅ模型进行了修正【６Ｊ。Ｋｗｏｎ和Ｃｈａｎｇ［７１对Ｃｈａｎｇ和Ｌｅｅ的模型进行了进一步发展，并将计算结果与水和氟利昂试验数据进行了比较。
收稿日期：２０１２－０４．１１；修回日期：２０１３．０５．１２
采用动量守恒方程来计算气泡层与主流区域的极限流量传递。基本假设有： ①管壁热流密度均匀；（壁面气泡层和主流区采用均相流模型；③稳态流动；④与系统压力相比，压力沿轴向的变化忽略不计；⑤壁面气泡层厚度与管径相比非常小；
Ｃ２＝
鱼 ≤１８
ｌ
பைடு நூலகம்１
Ｃ５ ≥ｌ，＞１８
ｌ
（２３）
【１＿ｅｘｐ（毒
－
２＿２＿３真实质量含气率及相含率模型流体强
制对流的真实质量含气率可以通过Ｓａｈａ．Ｚｕｂｅｒ模型【 ¨ １进行计算：

气液两相流与沸腾传热--沸腾传热基础专题研究.

Topic Three 沸腾传热基础（Elements of Boiling Heat Transfer）本讲要点：本讲介绍池内沸腾传热与强迫对流沸腾传热基础。

给出了各种沸腾模式和流动工况下的典型关联式。

重点是针对诸如大池内的单管以及单根竖直圆管等简单几何条件进行介绍。

还介绍了一些世界问题，比如由于成核困难而导致的沸腾曲线的滞后、由于存在不溶性气体而产生的沸腾曲线迁移以及表面和流体污染等等。

还包括了微重力条件下的两相流动和传热问题。

1. Introduction 引言相变传热系数和锅炉与蒸发器设计中的压降因子等涉及到一些最为复杂的热-流体现象。

由于需求以及智力和知识上的挑战，这一领域内的研究在过去的五十至七十年间呈爆炸型增长趋势。

沸腾传热科学与技术所面对的是这样一个局面：总共有超过30,000篇出版物的文献，每年约50本教材和参考书，每年还有约1000篇论文出现。

显然，我们不再可能逐篇咀嚼甚至综述这些信息。

但是，设计者仍必须对传热和压降进行预测，需要掌握预测方法。

所采用的关系也不总是基于理论，但又必须有足够合理的精度。

因此，我们应当对物理现象和机理有一个较好的认识，从而能够合理地采用有关关联式，这一点十分重要。

本讲的重点将放在简单几何条件（如大池内的单管、单根竖直圆管等）下的传热特征介绍。

很多情况下，复杂几何结构（如：水平管束、多根竖直管道等等）下的关联式，都是建立于对简单构型的经验之上。

另外，本讲主要讨论纯净流体，至于混合物的沸腾及污垢等情况，可能的话，我们还会进行介绍。

沸腾过程在传统的恒定热流或恒定壁温的边界条件下响应是不同的。

前一边界条件主要与具有固定热耗散的系统有关，比如，电热锅炉或者核反应堆堆芯等。

这一情形也会发生在诸如电子加速器靶心或计算机芯片等高功率密度设备的液体冷却情况。

而恒壁温则见诸发生相变的两种流体的热交换器等情况。

但是在一些情况中，比如，化石燃料锅炉等，热流实际上也是恒定的。

池沸腾中临界热流密度

池沸腾中临界热流密度
临界热流密度是池沸腾中的一项重要物理参数，它的大小取决于池沸腾的温度。

临界热流密度可以用��池沸腾中的传热性
能及其水力性能、可接受的负荷及热过程等。

临界热流密度它有一定的数字化描述，且是指当江水沸腾时，液体传热性能及其瞬态特征。

它可以直接反映出池沸腾中介质的热传导系数和密度、池水流量及其温度等参数。

因此，临界热流密度在热能机械设备及其工艺过程的设计中起到了至关重要的作用。

同时，临界热流密度也可应用于采暖、气体供热和冷却等空调设备中。

临界热流密度越大，热阻越小，能够在限定的原材料中，使液体传热更加充分，有利于提高热效率和热能的利用率。

然而，也需要注意的是，伴随着临界热流密度的提高，传热速度也在加快，从而容易以较大负载耗尽介质，从而影响消耗热能的质量及热效率。

因此，应在热效率和控制负载之间寻求最好的平衡，开展新型机械设备热能机械设备和工艺流程设计。

总之，临界热流密度是池沸腾物理参数的重要特征，在池沸腾设计、新型机械设备热能机械设备和工艺流程的设计中将发挥重要作用，但在提高传热性能的同时，也要注意消耗热能的质量及热效率，才能尽可能地从池温度中获取最大利益。

纳米流体对临界热流密度强化影响池沸腾实验研究

第44卷第1期应用科技V〇1.44N〇.1 2017 年 2 月Applied Science and Technology Feb. 2017 DOI :10.11991/yykj.201512009网络出版地址：/kcms/detaiL/23.1191.u.20161228.1057.012.html纳米流体对临界热流密度强化影响池沸腾实验研究王洪亮\夏虹、张会勇2,李业2,孙吉良21.哈尔滨工程大学核科学与技术学院，黑龙江哈尔滨1500012.中广核研究院有限公司，广东深圳518028摘要:为探究采用纳米流体作为冷却剂时，下朝向临界热流密度（critical heat flux, CHF)的强化效果和不同粗糙度表面的临界热流密度强化特性。

实验制备了 4种纳米流体，利用扫描电镜和纳米粒度分析仪分别检测纳米颗粒粒径和基液中颗粒分散状况。

试验段采用316不锈钢钢板，以恒电流控制电加热方式进行常压下朝向水平0°池沸腾实验。

实验结果表明:体积分数为0.001%的二氧化钛纳米流体的临界热流密度强化效果最为明显，约为61%;表面粗糙度（fla)在0.086~ 1.765 p m时，临界热流密度强化效果随fla增加而降低，当fla达到2.287 p m时，所对应的CHF强化效果出现增加趋势。

关键词:纳米流体;池沸腾;临界热流密度;强化;粗糙度中图分类号:TB383 文献标志码：A 文章编号：1009-671X(2017)01-082-05 Investigation of critical heat flux enhancement pool boiling experimentby using nanofluidsWANG Hongliang1，XIA Hong1，ZHANG Huiyong2，LI Ye2，SUN Jiliang21. College of Nuclear Science and Technology，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China2. China Nuclear Pow，er Technology Research Institute，Shenzhen 518028，ChinaAbstract ：In order to explore the enhancement effect of nanofluids on downward facing critical heat flux and the relation between roughness Ra and CHF enhancement characteristics，four kinds of nanofluids were chosen as preparing materials，scanning electron microscope and nano-particle size analyzer were utilized to detect particle diameter and dispersion effect respectively.The test plate made of 316 stainless steel was heated by constant current，the pooling boiling experiment was conducted on downward horizontal facing at room temperature and pressure.The results show that the volume concentration of 10 3%Ti〇2nanofluids get the best enhancement of critical heat flu x，about 61%. When the surface roughness (fla)ranges from0.086pm to 1.765 pm，the CHF enhancement effect decreases following the rise of Ra;when Ra reaches 2.287 pm，the corresponding CHF enhancement effect tends to decrease. Keywords ：nanofluids；pooling boiling；critical heat flux；enhancement;roughness在核电厂中，严重事故（severe accident,SA)是指可能导致堆芯熔化并且危及核电厂完整性的一种超设计基准事故[|]。

第五章(第二次课)池内与流动沸腾

⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1+ m
Mostinski（1963）-Starczewski（1965）关联：
0 h = 0.106 p c .69φ 0.7 f ( p R )
0 f ( p R ) = 1.8 p R.17 + 4 p 1.2 + 10 p 10 R R
p pR =
Cooper（1984）的关联式
hNB = ShFZ
这里，S为抑制因子（用以考虑流动中泡核活动的减弱），hFZ是按照Forster-Zuber方程计算的核态沸腾传热系数。抑制因子S随干度的增加，从1逐渐降至0。
hFZ的计算式为
hFZ =
0 0.75 0 0.00122 ∆Tsat.24 ∆p sat C pl.45 ρ l0.49κ l0.79 0 σ 0.5 λ0.24 µ l0.29 ρ g .24
φ = hl (Tw − TB ) + hNB (Tw − Tsat )
其中，Tw为壁温，TB为主流液相温度。而S的计算中可取ReTP=Rel。这计算过程表明，实际温差 (T − T ) 主要参与对流热流，而只有一部分参与核态沸腾。
w B
本次课结束！
Nu = f (Re,Pr )
其中，努谢尔特数雷诺数 Re = µ
uLρ
Nu =
hL
κ
µC p 普朗特数 Pr = κ
对于沸腾来说，采用这种形式的关系，需要解决两个问题，即1. 速度u如何定义？2. 长度尺度L如何定义？对于前者，u取液相相对于壁面的速度，它用以提供产生蒸汽，于是
u=
q
式中，Cpl是液相定压比热，κl为液相导热率，∆T = T − T ， ∆p 是与 ∆T 相对应的压差（如图5－20）。

受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的研究的开题报告

受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的研究的开题报告开题报告受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的研究一、研究背景和研究意义在工业生产和科学研究中，液体喷流沸腾在许多领域中具有重要的应用。

其中包括管道输送、加热器、汽轮机和核反应堆等领域。

由于液体喷流沸腾过程具有高热效率、高传热强度和较大的传热面积等特点，因此被广泛地应用于工业生产和科学研究中。

液体喷流沸腾的传热过程明显受到热流密度的影响。

了解受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律，对于提高传热效率和传热强度、改进传热系统性能和优化设计具有重要的研究意义。

二、前人研究液体喷流沸腾临界热流密度是提高液体喷流沸腾传热效率和传热强度的重要参数。

过去的研究表明，在平板上进行实验可以得到最基本的热流密度和液体喷流沸腾的热传递参数。

不同液体的热流密度临界值不同。

对于水，临界热流密度约为200 W/cm2；对于冷却剂，临界热流密度可达到500 W/cm2左右。

此外，受热平板形状、喷头数量、喷嘴直径和供液速度等因素也会影响到液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律。

三、研究内容和研究方法本研究旨在探究受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律和影响因素。

主要研究内容包括：1.测量不同喷嘴半径和不同喷头数量下液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律，并对其进行分析和比较；2.研究不同液体对临界热流密度的影响，并探究不同工况下的热传递特性；3.探究扰动体对受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的影响，以及其工作机制和优化设计。

研究方法将采用数值模拟和实验研究相结合的方式，首先采用数值方法模拟不同工况下液体喷流沸腾的热传递机制，并探究其影响因素；然后，通过实验研究来验证数值模拟结果，同时收集不同液体、不同工况下的实验数据，以获得更加准确和可靠的研究结果。

最终，将分析实验数据和数值模拟结果，得出液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律和影响因素。

四、研究预期成果本研究将通过数值模拟和实验研究相结合的方法，探究液体喷流沸腾临界热流密度的变化规律和影响因素，并得出如下预期成果：1.分析各因素对液体喷流沸腾临界热流密度的影响，对提高传热效率和传热强度、改进传热系统性能和优化设计提供理论依据；2.为工业生产和科学研究领域提供可靠的液体喷流沸腾热传递参数，并对相关行业产生积极影响。

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两相流动与传热
▪ 胡珀
▪ 机械与动力工程学院 ▪ 上海交通大学
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