內(nèi)插金屬網(wǎng)管對豎直蒸發(fā)管內(nèi)傳熱特性影響的實驗研究.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)實意義，低品位能源的高效熱利用已成為國內(nèi)外工程熱物理領(lǐng)域的研究熱點和前沿。低品位能源熱利用的共性問題體現(xiàn)在傳熱溫差小，換熱設備體積較大，熱經(jīng)濟性相對較差，因此發(fā)展小傳熱溫差下的高效傳熱原理和技術(shù)，減小換熱設備體積提高熱經(jīng)濟性具有重要的科學意義，為高效換熱器的設計、制造和運行提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。
　　與

2、單相對流換熱相比，沸騰傳熱具有傳熱溫差小、傳熱效率高等優(yōu)點，特別適用于低品位能源熱利用中小溫差傳熱。強化沸騰換熱的主要目的是提高設備換熱性能，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，保證換熱設備的安全運行等。
　　沸騰傳熱中流型與傳熱密切相關(guān)，通過發(fā)展和調(diào)控有利于傳熱的流型，從而實現(xiàn)強化傳熱，為沸騰傳熱的強化提供了新的視角。本課題組前期進行空氣/水冷態(tài)的試驗研究，初步驗證了采用內(nèi)插金屬網(wǎng)管實現(xiàn)豎直

3、管及水平管中流型調(diào)控的可行性，并進一步在凝結(jié)換熱中采用內(nèi)插金屬網(wǎng)管實現(xiàn)了冷凝傳熱的強化。在水平蒸發(fā)管中，內(nèi)插金屬網(wǎng)管對流動沸騰的傳熱影響本課題組也已進行了初步研究。本文針對豎直蒸發(fā)管中的垂直向上流動沸騰，開展了普通光管與內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管的新型蒸發(fā)管的流型及傳熱特性的實驗對比研究。
　　本文設計并搭建了豎直管內(nèi)流動沸騰傳熱可視化研究平臺，實驗使用高純水作為實驗工質(zhì)，在質(zhì)量流速為350.77 kg/m2s，進口壓力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)狀流四個流型區(qū)域內(nèi)的傳熱特性;在不同的進口干度下，研究了采用內(nèi)嵌金屬網(wǎng)管后，熱流密度對流型和傳熱特性的影響規(guī)律，獲得了強化傳熱系數(shù)比，分析了內(nèi)

5、嵌金屬網(wǎng)管對豎直蒸發(fā)管內(nèi)沸騰傳熱的作用機理。
　　實驗可視化研究表明，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，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)管對豎直蒸發(fā)管傳熱的影響體現(xiàn)在:(1)在較大入口過冷度下，單相湍流對流傳熱為主要機理，金屬網(wǎng)管的存在阻隔了網(wǎng)管內(nèi)外冷熱流體的湍動交混，在一定程度上惡化傳熱，其傳熱惡化比達0.5;(2)低干度過冷及飽和沸騰區(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入環(huán)形環(huán)隙時氣液接觸界面增大，即增大了蒸汽與蒸發(fā)管