內(nèi)插金屬網(wǎng)管對(duì)豎直蒸發(fā)管內(nèi)傳熱特性影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)和可再生能源利用系統(tǒng)中存在大量的低品位能源，這些低品位能源的高效利用對(duì)于緩解能源短缺和發(fā)展可再生能源新技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，低品位能源的高效熱利用已成為國(guó)內(nèi)外工程熱物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。低品位能源熱利用的共性問(wèn)題體現(xiàn)在傳熱溫差小，換熱設(shè)備體積較大，熱經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，因此發(fā)展小傳熱溫差下的高效傳熱原理和技術(shù)，減小換熱設(shè)備體積提高熱經(jīng)濟(jì)性具有重要的科學(xué)意義，為高效換熱器的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。
　　與

2、單相對(duì)流換熱相比，沸騰傳熱具有傳熱溫差小、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于低品位能源熱利用中小溫差傳熱。強(qiáng)化沸騰換熱的主要目的是提高設(shè)備換熱性能，減少能量傳遞中的不可逆損失，有效地利用能源，減小換熱面積，降低金屬消耗量，保證換熱設(shè)備的安全運(yùn)行等。
　　沸騰傳熱中流型與傳熱密切相關(guān)，通過(guò)發(fā)展和調(diào)控有利于傳熱的流型，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱，為沸騰傳熱的強(qiáng)化提供了新的視角。本課題組前期進(jìn)行空氣/水冷態(tài)的試驗(yàn)研究，初步驗(yàn)證了采用內(nèi)插金屬網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)豎直

3、管及水平管中流型調(diào)控的可行性，并進(jìn)一步在凝結(jié)換熱中采用內(nèi)插金屬網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)了冷凝傳熱的強(qiáng)化。在水平蒸發(fā)管中，內(nèi)插金屬網(wǎng)管對(duì)流動(dòng)沸騰的傳熱影響本課題組也已進(jìn)行了初步研究。本文針對(duì)豎直蒸發(fā)管中的垂直向上流動(dòng)沸騰，開(kāi)展了普通光管與內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管的新型蒸發(fā)管的流型及傳熱特性的實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究。
　　本文設(shè)計(jì)并搭建了豎直管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱可視化研究平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)使用高純水作為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)，在質(zhì)量流速為350.77 kg/m2s，進(jìn)口壓力256.99kPa，熱流

4、密度27.69～85.47 kW/m2范圍內(nèi)，采用內(nèi)徑為14.25mm的不銹鋼管作為蒸發(fā)管，內(nèi)插不銹鋼金屬網(wǎng)管的目數(shù)為200目、直徑為10.5mm，采用高速攝影儀對(duì)比研究了不同熱流密度下普通光管和具有內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管的新型蒸發(fā)管的流型轉(zhuǎn)化特性，通過(guò)熱態(tài)數(shù)據(jù)分析，獲取了泡狀流、彈狀流、混塊狀流及混塊-環(huán)狀流四個(gè)流型區(qū)域內(nèi)的傳熱特性;在不同的進(jìn)口干度下，研究了采用內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管后，熱流密度對(duì)流型和傳熱特性的影響規(guī)律，獲得了強(qiáng)化傳熱系數(shù)比，分析了內(nèi)

5、嵌金屬網(wǎng)管對(duì)豎直蒸發(fā)管內(nèi)沸騰傳熱的作用機(jī)理。
　　實(shí)驗(yàn)可視化研究表明，插入金屬網(wǎng)管能夠顯著改變豎直管內(nèi)流動(dòng)沸騰的流型特性:(1)在較低的熱流密度下，蒸發(fā)管內(nèi)流型發(fā)展緩慢，氣液界面的變化較為小，金屬網(wǎng)管的存在使得氣液兩相工質(zhì)分區(qū)流動(dòng)，汽相被阻隔在金屬網(wǎng)管與蒸發(fā)管之間的環(huán)形環(huán)隙內(nèi);(2)隨著熱流密度的增大，在金屬網(wǎng)管入口附近區(qū)域蒸汽相仍被阻隔在環(huán)形環(huán)隙內(nèi)，但由于較高的熱流密度使得氣液界面產(chǎn)生劇烈的蒸發(fā)，蒸汽相急劇膨脹使得金屬網(wǎng)管產(chǎn)生的

6、界面張力不足以阻隔汽相進(jìn)入網(wǎng)管內(nèi)部，從而使金屬網(wǎng)管內(nèi)外產(chǎn)生兩相工質(zhì)交換。
　　熱態(tài)數(shù)據(jù)分析表明，內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管對(duì)豎直蒸發(fā)管傳熱的影響體現(xiàn)在:(1)在較大入口過(guò)冷度下，單相湍流對(duì)流傳熱為主要機(jī)理，金屬網(wǎng)管的存在阻隔了網(wǎng)管內(nèi)外冷熱流體的湍動(dòng)交混，在一定程度上惡化傳熱，其傳熱惡化比達(dá)0.5;(2)低干度過(guò)冷及飽和沸騰區(qū)，蒸汽含量較低并且均被網(wǎng)管阻隔在環(huán)形環(huán)隙內(nèi)，由于環(huán)形環(huán)隙的擠壓作用汽相進(jìn)入環(huán)形環(huán)隙時(shí)氣液接觸界面增大，即增大了蒸汽與蒸發(fā)管