环形窄缝双面加热通道内欠热沸腾传热实验研究
气液两相流和沸腾传热.pdf0
第一章绪论 第一节两相流及其定义 异质物体或系统中，各存在分界面的独文物质称之为相。众所周知，自然界常见酌物质有三相，即固相+液相和气相。因此，由任意两种存在分界试坤独物质组成【十体或系统 都称之，为两相物体或两相表统。树如，水和己的撮合物为一种两相物体，因为水和卸：都是存 在分界面的独立物质。但是，'盐水浴液是一种单相物体，田为在此溶液中盐和水之间无分界 面，盐和水不居两种独立存在的物质。 两相物体的流动称为两相流。在两相城中，两相之闻不仅存在分界面，面且进一公界面是随者派动在不断变化的。因此，两相觥可定义为存在变动外界面的两种狡文物质组成的物体的 . 流动。气体和固体耦粒洇合物的流动为一种两相流，因为在此甜动表统中不仅存在两种独立 物质，而且这两种物质之间的分界面是随流动面变化的。 根据两相流的定义，可以将两相褓大致分为如下三类，气体和液体共同流动时气筱两相流，气体和固体耦】位共同流动的气团两相流·液体和固体解放共同流动的液固两相流。忱 外，两种不同组分液体的共同流动也届于两相流范辟， 本书主要讨论气液两相流的流体动力学和悦据传热问题。 气踺两相流根据物质组分的不同又可分为两种。由同一组分枸顶种相组成髀气液两相流称为单组分】液两相舐，例如由木鼓汽和水构成的两相硫。由不同组士的两种相组成肿气踺 两相硫称为】组公气液两相流，例如由空气卸水构成的气淹两相流。在不监生相变的流动过 程中，单组分两相流和】煳i分两相流适用同样的物理规铮，因而可通称为气液两相硫。 棣揖散热惜晚的不同，气密两相硫还可公为绝热气淹两相掀和有热弈换酌气密两相硫。 当存在热交投时，在单组分气筱两相部中伴随菹流动含线工质的相交。 两·相铈这一术语在本世纪30年代苜光出现于美国的一些研究生论文中。l945年，苏碟苜先将毡一来语应用于正式出版的学术刊物上。 莫+ 苏、银三国在本世纽20年代已''开始了气淹两相硫的研究工作，日本姑子即年代，我国在60年代也开始了这方面的研究工：，ff；·。' 总的来说，气被两相硫的研究历史较短，它是一门 年轻的大有发思前逮脾单科。 第二节气液两相流和传热学科的进展与工程的关系 气淹两相涨体的雅动工况在动力，化工、按酯、制冷、石油，冶金等工业中经徐迪到。 】这些工业的具有热弈换的设备中还存在两相硫体酌传热问题。例如，在核电站和火力发电 姑中的各种部聘管、各式气雅混合器，气液分离器、各种热交换鹊、楫饬, 化学反拉俊各， -I- PDF 文件使用”pdfFactory Pro 试用版本创建
强化沸腾传热的方法
沸腾传热强化技方法及比较 摘要针对强化沸腾传热方法，本文主要主要对粉末烧结法、喷涂法进行了介绍，分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。 关键词沸腾传热；强化传热；喷涂多孔表面；粉末多孔表面 Boiling heat transfer enhancement techniques and comparison Abstract:To the enhanced boiling heat transfer method, this paper mainly focuses on introducing the powder sintering method, spray method .analyzing the advantages and disadvantages of various methods, and comparing the various methods of heat transfer enhancement effect. Key words: Boiling heat transfer Heat transfer enhancement Spraying porous surface Powder porous surface 1 前言 在常规能源不断减少, 节约和有效使用能源的要求不断提高的形势下, 强化传热技术已经成为传热研究领域的一个重要课题. 强化传热研究, 特别是强化沸腾传热研究, 对提高能源的有效利用率, 新能源开发和高热负荷下材料的热保护等有重要意义. 目前强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。其中自20 世纪60 年代发展起来的多孔表面换热器以其高效沸腾换热、低温差沸腾、高临界热流密度和良好的反堵塞能力, 已成为一种工业应用前景广泛的换热装置。本文主要进行喷涂多孔表面、粉末多孔表面等沸腾传热研究, 分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。 2沸腾强化传热技术 对汽泡的成因和运动规律的研究是掌握沸腾原理和探讨沸腾传热强化方法的基础, 已有的研究表明, 影响汽泡状沸腾传热的主要因素有： ( 1) 流体特性参数的影响汽体压力增高能使汽化核心增多, 汽泡脱离频 率增大, 因而能使沸腾传热增强。流体与换热表面的接触角小, 则汽泡脱离频率增高, 因而能增强沸腾传热。 ( 2) 换热面特性的影响换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度都能影响沸腾传热的强弱。试验表明, 同一液体在抛光壁面上沸腾传热时, 其传热系数比在粗糙壁面上沸腾传热时低,这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。液体在新的换热面上沸腾时, 传热系数较高, 随着运行时间增长, 一部分汽化核心丧失了汽化能力, 于是传热系数逐渐下降到某一稳定值。传热面材料能否被液体湿润, 对传热系数也有相当影响, 同样条件下, 液体和材料特性组
沸腾传热
沸腾传热 开放分类：物理、热量 沸腾传热 boiling heat transfer 热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程。化工生产中常用的蒸发器、再沸器和蒸气锅炉，都是通过沸腾传热来产生蒸气的。 类型按液体所处的空间位置，沸腾可以分为：①池内沸腾。又称大容器内沸腾。液体处于受热面一侧的较大空间中，依靠汽泡的扰动和自然对流而流动。如夹套加热釜中液体的沸腾。②管内沸腾。液体以一定流速流经加热管时所发生的沸腾现象。这时所生成的汽泡不能自由上浮，而是与液体混在一起，形成管内汽液两相流。如蒸发器加热管内溶液的沸腾。 机理沸腾传热与汽泡的产生和脱离密切相关。汽泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有汽化核心。这些条件是由汽泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。根据表面张力，可算出汽泡内的蒸气压力pv 为： 式中pe为周围液体的压力,忽略液柱静压时,即为饱和蒸气压ps；σ为汽液界面张力；R为汽泡半径。由于pv>ps，汽泡内蒸气的饱和温度Tv必然大于与ps对应的饱和温度Ts。汽泡周围的液体若要汽化进入汽泡，则它的温度Te必须大于或至少等于汽泡内蒸气的饱和温度，即Te≥Tv。从上式可知，当R=0时，pv将趋于无限大。因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生汽泡的，必须有汽化核心。加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气，都可作为汽化核心。紧贴这些核心的液体汽化后，形成汽泡并逐渐长大，然后脱离表面，接着又有新的汽泡形成。在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动，所以对同一种液体来说，沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700～51000W/(m2·K)。 沸腾曲线池内沸腾根据过热度（加热壁面温度TW与液体饱和温度Tm之差,ΔT=TW-Tm）的大小,分为泡核沸腾和膜状沸腾（见图）。当过热度很小时，传热取决于单相液体的自然对流。当过热度增大时，汽泡不断在壁面上产生，并在液体中上升和长大,这对液体对流起着显著作用,称为泡核沸腾。此阶段中传热分系数h，随ΔT增大而明显上升。当过热度超过某临界值时，汽泡大量产生，在壁面连结成汽膜，称为膜状沸腾。在此阶段初期，汽膜不稳定，随时破裂变成大汽泡，离开加热面。随过热度的增大，汽膜渐趋稳定。由于汽膜的热导率很低，使传热分系数下降。当过热度很大时，辐射传热起了重要作用，使传热分系数重新上升。由于泡核沸腾具有传热分系数大和壁温低的优点，故工业设备中的沸腾传热多在此状况下进行。 影响沸腾传热的因素影响沸腾传热过程的因素很多，包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度，尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。在泡核沸腾范围内，温度差越大，传热分系数也越大。加热壁面粗糙和能被液体润湿时，也能使传热分系数增大。据此，将细小金属颗粒沉积于金属板或管上，制成金属多孔表面，可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。
沸腾换热计算式
沸腾换热计算式 沸腾换热计算式 (1)大容器饱和核态沸腾 前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提出的计算式分歧较大。在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。当然，针对性强的计算式精确度往往较高。 对于水,米海耶夫推荐的在105～4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为 (3-4) 按q=h△t的关系,上式也可转换成 (3-5) 以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K) p:沸腾绝对压力,Pa; △t:壁面过热度,℃; q:热流密度,W/m2。 基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式: (3-6) 式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K); C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数; r:汽化潜热,J/kg; g:重力加速度,m/s2; Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l; μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s); ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3; γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m; s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=1.7。 由实验确定的C wl值见表3-1。
表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值 图3-5 铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式(3-6)的比较见图3-5。 式(3-6)还可以改写成为以下便于计算的形式: (3-7) 这里要着重指出两点： 1）式（3-6）实际上也是形如Nu=f（Re，Pr）或St=f（Re，Pr）的主则式。其中： 是以单位面积上的蒸汽质量流速q/r为特征速度的Re数；为特征长度，它正比于旗 袍脱离加热面时的直径。不难证明，r/c pl△t就是St数，其中Nu数也以为特征长度。 2）由于沸腾换热的复杂性，目前在各类对流换热的准则式中以沸腾换热准回式与实验数据的偏差程度最大。以图3-5所示情形为例，当已知△t计算q时，计算值与实验值的偏差可达±100％；而由于q～△t3，因而已知q计算△t时，则偏差可缩小到±33％左右。 对于制冷介质而言，以下的库珀(Cooper）公式目前得到教广泛的应用： （3-8） 式中，M r为液体的分子量；p r为对比压力（液体压力与该流体的临界压力之比）；R p为表面平均粗糙度，μm（对一般工业用管材表面，R p为0.3～0.4μm）；q为热流密度，W/m2；h的单位为W/（m2·K）。
7.4 沸腾传热的模式
7.4 沸腾传热的模式 液体的汽化（vaporization）可区分为蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种。前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾（pool boiling）和管内沸腾（in-tube boiling）两种。大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。本节通过大容器沸腾的介绍阐明沸腾传热的机理和基本特点，管内沸腾则留待到沸腾传热的影响因素中去介绍。 7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域 现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾（saturated boiling）。随着电流密度的加大，亦即表面温度与饱和温度的温差Δt = t w - t s（称为过热度）的增加，烧杯中的水与不锈钢管表面之间的热交换会依次出现以下区域（如图7-14所示）：
图7-14饱和水在水平加热面上沸腾的q~Δt曲线(p = 1.013×105Pa) （1）自然对流区：壁面过热度较小（对于水在一个大气压下的饱和沸腾为Δt < 4℃）时，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况。 （2）核态沸腾区（nucleate boiling）：当加热壁面的过热度Δt > 4℃后，壁面上个别地点（称为汽化核心）开始产生汽泡，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称孤立汽泡区，其沸腾景象如图7-15a所示。随着Δt进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成气块及气柱，图景如图7-15b所示。在这两个区中，汽泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。由于汽化核心对传热起着决定性影响，这两区的沸腾统称为核态沸腾（或称泡状沸腾）。核态沸腾有温压小、传热强的特点，所以一般工业应用都设计在这个范围。核态沸腾区的终点为图7-14中热流密度的峰值点。 （3）过渡沸腾区（transition boiling）：从峰值点进一步提高Δt，传热规律出现异乎寻常的变化。热流密度不仅不随Δt的升高而提高，反而越来越降低。这是因为汽泡汇聚覆盖在加热面上，而蒸汽排除过程越趋恶化。这种情况持续到到达最低热流密度为q min为止。这段沸腾称为过渡沸腾，是很不稳定的过程。 （4）膜态沸腾区（film boiling）：从q min起传热规律再次发生转折。这时加热面上已形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，q随Δt的增加
表面芯吸性对淬火过程中沸腾传热特性的影响
第52卷第5期2018年5月浙 江 大 学 学 报(工学版)J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y (E n g i n e e r i n g S c i e n c e )V o l .52N o .5M a y 2 018收稿日期:20170521.网址:w w w.z j u j o u r n a l s .c o m /e n g /f i l e u p /H T M L /201805001.h t m 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51206142).作者简介:牟林巍(1992 ),男,硕士生,从事气液相变传热研究.o r c i d .o r g /0000-0002-0963-8348.E -m a i l :m o u l i n w e i @z j u .e d u .c n 通信联系人:范利武,男,研究员.o r c i d .o r g /0000-0001-8845-5058.E -m a i l :l i w u f a n @z j u .e d u .c n D O I :10.3785/j .i s s n .1008-973X.2018.05.016表面芯吸性对淬火过程中沸腾传热特性的影响 牟林巍1,张宇鸿1,李佳琦1,张嘉懿1,蒋平2,范利武1(1.浙江大学热工与动力系统研究所,浙江杭州310027;2.北京宇航系统工程研究所,北京101300 )摘 要:研究表面芯吸性对淬火过程中的冷却速率和沸腾传热特性的影响.采用质量分数约为50%的氢氟酸溶液 对不锈钢球表面进行化学腐蚀,在恒温50?C 时通过改变腐蚀时间得到具有不同芯吸性的试样并对表面芯吸量和初 始芯吸通量进行定量表征.在常压下的饱和水中对所制备的芯吸表面进行可视化淬火实验.结果表明,原始不锈钢表 面不具有芯吸性,随着腐蚀时间的增加表面芯吸能力也逐渐增强.经过腐蚀3m i n 之后,表面芯吸通量达到20μL /(m m 2四s ).该芯吸表面使淬火冷却时间相较于原始表面缩短约80%,临界热流密度提高了约84%. 构建表面芯吸性可以有效地增大固液接触面积并加剧表面汽膜波动,抑制了稳定膜态沸腾的出现,强化了过渡态沸腾传热.关键词:芯吸表面;淬火;沸腾传热;临界热流密度;过渡沸腾 中图分类号:T K124 文献标志码:A 文章编号:1008973X (2018)05096006S u r f a c ew i c k i n g e f f e c t o nb o i l i n g h e a t t r a n s f e r d u r i n gq u e n c h i n g MO U L i n -w e i 1,Z H A N G Y u -h o n g 1,L I J i a -q i 1,Z H A N GJ i a -y i ,J I A N GP i n g 2,F A NL i -w u 1(1.I n s t i t u t e o f T h e r m a lS c i e n c e a n dP o w e rS y s t e m s ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n g z h o u 310027,C h i n a ;2.B e i j i n g I n s t i t u t e o f A s t r o n a u t i c a lS y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g 1 01300,C h i n a )A b s t r a c t :T h e e f f e c t o f s u r f a c ew i c k i n g o n t h e c o o l i n g r a t e a n db o i l i n g h e a t t r a n s f e r d u r i n gq u e n c h i n g w a s a n a l y z e d .S t a i n l e s s s t e e l s p h e r e s a m p l e sw i t h v a r i o u s s u r f a c ew i c k i n g a b i l i t i e sw e r e p r e p a r e d b y v a r y i n g t h e e t c h i n g t i m e i n a h y d r o f l u o r i c a c i d s o l u t i o n (m a s s c o n c e n t r a t i o n o f a b o u t 50%)a t a c o n s t a n t t e m p e r a t u r e o f 50?.T h ew i c k i n g v o l u m ea n d i n i t i a lw i c k i n g f l u xo nt h e s e s a m p l es u r f a c e sw e r e q u a n t i f i e d .V i s u a l i z e d q u e n c h i n g e x p e r i m e n t sw e r e p e r f o r m e do nt h e s e s a m p l e s i ns a t u r a t e dw a t e r a t t h ea t m o s p h e r i c p r e s s u r e .W a t e r c o u l dn o t b ew i c k e db y t h e o r i g i n a l s t a i n l e s s s t e e l s u r f a c e ,a n d s u r f a c ew i c k i n g a b i l i t y w a s g r a d u a l l y e n h a n c e dw i t hi n c r e a s i n g t h ee t c h i n g t i m e .A f t e rb e i n g e t c h e db y 3m i n u t e s ,t h es u r f a c e w i c k i n g f l u x r e a c h e d 20μL /(m m 2四s ).A sc o m p a r e dt ot h eo r i g i n a ls u r f a c e ,t h eu s eo ft h i s w i c k i n g s u r f a c e w a s e x h i b i t e d t o s h o r t e n t h e c o o l -d o w n t i m eb y a b o u t 80%,a n d t h e c r i t i c a l h e a t f l u xw a s i m p r o v e db y a b o u t 84%.T h ec o n s t r u c t i o no fs u r f a c e w i c k i n g c a ni n c r e a s et h es o l i d -l i q u i dc o n t a c ta r e a sa n di n t e n s i f y t h e f l u c t u a t i o n so fv a p o rf i l m ,s u p p r e s st h ee m e r g e n c eo fs t a b l ef i l m b o i l i n g ,a n dl e a dt os i g n i f i c a n th e a t t r a n s f e r e n h a n c e m e n t d u r i n g t r a n s i t i o nb o i l i n g .K e y w o r d s :w i c k i n g s u r f a c e ;q u e n c h i n g ;b o i l i n g h e a t t r a n s f e r ;c r i t i c a l h e a t f l u x ;t r a n s i t i o nb o i l i n g 淬火是较高温度的固体直接接触后较低温度的 液体工质后所发生的快速冷却现象.当固体壁面温 度远高于冷却工质的饱和温度时,工质中的传热过程一般将依次经历膜态沸腾二过渡沸腾以及核态沸
气液两相流与沸腾传热笔记-李双双
《气液两相流与沸腾换热》读书笔记 姓名：李双双 学号：1110209148 专业：工程热物理 日期：2012.4.18
前言 林宗虎老师的《气液两相流与沸腾换热》一书对管内沸腾做了较为全面的介绍，对于初学者掌握整体的思路有较好的作用，这也是我为什么选择这本书的原因。本笔记是在阅读林老师此书的时候根据自己的理解对每章的内容做了简要的归纳，最后写下了阅读本书的读后感。读完本书后虽然已经对管内沸腾有了基本的了解，但是想要深入了解仅仅本书是不够的，还需课下阅读更多相关书籍和文献。 第一章绪论 新增内容:1、气液两相流体横掠柱体的漩涡脱落特性 2、管道内强制对流换热的强化方法 3、气液两相测试技术和多相流研究进展 两相流定义：存在变动分界面的两种独立物质组成的物体的流动。可以分为气液两相流、气固两相流、液固两相流，此外，两种不同组分的液体的共同 流动也属于两相流范畴。 两相流这一术语首先出现于美国一些研究生论文中，1943年，苏联首先将这一术语应用于 正式出版的学术刊物上。在1930-1940年期间，发表了一些研究气液两相流不稳定行及锅炉水循环中气液两相流动问题的经典型文献。1940-1950年期间，不禁对双组份气液两相流的流动阻力等问题进行了研究，而且还将研究工作深入到具有热交换的单组份气液两相流领域。 气液两相流和传热学科的形成和发展是和工程技术的进展密切相关的。 气液两相流的基本参数-P18 第二章气液两相流的流型和流型图 气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管多，这主要是由于重力的影响使两相有分开流动的倾向造成的。本书介绍了两相流体在水平、垂直、倾斜、U型管、螺旋管、垂直上升狭槽、水平管束、孔板和文丘里管（研究不充分）等中的流型及流型图。 气液逆流中的现象：液泛和回流（对于反应堆的安全性研究有重要意义） 液泛：在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出，称为液泛。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。 回流现象：一带有注液设备的垂直管，液体自管壁上的小孔流下，气体自下往上走。当气体流量降到一定值时，液膜将出现不稳定现象，两相分界面出现较大振幅的波动，液膜有下降到注液区下方的趋势。 鉴于液泛和回流现象对于反应堆安全的重要性，相关工作正在加紧进行。哈尔滨工程大学的李希川等人对竖直窄矩形流道进行了液泛研究，并与传统流道进行了对比。结果表明，竖直窄矩形流道内液泛起始点符合Wallis 关系式，与传统流道液泛起始点以压差突变进行判断不同，窄矩形流道内液泛起始点的判断以有水被携带出流道为标志。窄矩形流道内完全携带点与水流量大小、实验段入口条件无关，只与气体流量大小有关; 流向反转点与试验段壁面干燥程度有关，与水流量大小及气体入口条件无关．《竖直窄矩形流道液泛研究》对于气液两相逆向流的流型图研究很少。研究表明，和气液两相同时向上升或同向下降流动时的流型图不同，在气液两相逆向流动的流型图中，同一区域可以发生多种流型。气液两相流的流型图对于设计是否有意义，目前工程上的大量气液两相流计算一般不考虑流型影
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。 图4间歇流的示意图 弥散环状流的示意图如图5所示，从图中可以看出水平弥散环状流的基本特征与垂直流动下的相同。主要差异是因重力作用液膜厚度周向不均匀，流道底部处膜厚大于顶部处的液膜厚度。一般不出现纯环状流流动，汽芯中往往夹带着大量弥散液滴。 图5弥散环状流的示意图 2.2 竖直管内流动沸腾的流型 实验表明垂直向上两相流动经常出现以下五种类型的流型：泡状流、弹状流、搅拌流、环状流、液束环状流。 泡状流：液相呈连续状态，汽相以大小不同、形状各异的汽泡弥散在连续液相内，并与液相一起流动。 弹状流：大块弹状汽泡与含有弥散小汽泡的液块间隔出现，在弹状汽泡的外围，液相呈降落膜状态。当泡状流中的汽相流量增大到一定值时可能发生汽泡聚合，甚至会聚合成接近管径大小的大块弹状流汽泡。Radovcich和Moissis在分析了泡状流的特征后认为：当空泡份额α≤0.1，汽泡碰撞频率较低；大于此临界值后，碰撞频率陡增；当α=0.3过渡到弹状流。 搅拌流：在孔径较大的流道中，液相呈不定型形状上下振荡运动，呈搅拌状态。在弹状流动下，若流速进一步增大，汽泡发生破裂，伴随发生在这类振荡运动。但是在小孔径流道中，不一定发生这类搅拌运动。可能发生弹状流向环状流
2010-2011两相流动与沸腾传热——答案
5分，共45分） 1、在一个充满水的管道各位置上，以稳定流率注入气泡（如图1所示），以使沿管长方向气泡密度（气泡数，bubble population / density ）按如下函数分布： 201b b z N N L ?? ??=?+?? ??????? 式中：L —沿z 轴向的管长；0b N —管道入口处()0z =气泡密度。试问：(1)在0z =处的固定观察者所见气泡密度变化率是多少？(2) 以恒速0v 运动的观察者所见气泡密度变化率是多少？ 解：(1)由于观察者固定，故气泡密度固定为0b N ，因此，气泡密度变化率为0。 (2)0z v t =?，故有()2001b v t N t N L ????=?+?? ??????? ，所以200002222b b v t v z dN N N dt L L = =。 图 1 2、简要说明相速度、表观速度、相对速度、漂移速度、扩散速度以及漂移流密度的定 义及其物理意义。 解： 1) 相速度：每一相的真实相平均速度，即,v l v l v v l l m m u u A A ρρ= = ； 2) 表观速度：每单位流道截面上的体积流量，是一种经截面权重后的平均速度，即：
,v l v l v l m m j j A A ρρ= = 3) 相对速度：两相之间的相对速度，一般气相较快，故定义相对速度为： r v l vl lv u u u u u =-==- 4) 漂移速度：各相速度与两相混合物（体积）平均速度之差，即： (),,kj k v l u u j k v l j j j =-==+其中 5) 扩散速度：相速度与两相混合物质心平均速度之差，即： ,,v l km k m m m m u u j k v l j A +? ? =-== ??? 其中 6) 漂移流密度：任一相相对于两相(体积)平均速度运动而通过单位横截面的体积流量，又 常称为漂移体积流密度，即： ()()()()()()()()()()111111lv l l v l r vl v v v l r lv vl j u j u u u u j u j u u u u j j αααααααααααα=--=----=--=-=---=-=- 3、请推导空泡份额α与质量含气率x 之间的关系；定性画出x α-曲线；分别计算压力为0.1MPa 与6.8MPa 的蒸汽—水混合物系统中，水蒸汽的质量含气率0.2x =，滑速比 1S =(在0.1MPa 与6.8MPa 下，v l ρρ分别约为1/2700与1/20.6)时对应的空泡份额α； 并基于这一算例与定性曲线简要分析x α-的数量关系。 解：1 1111v v v v v v l v l v v v l l l v v l l v M u A u x M M u A u A u u S ρραραρρρρααρ= ===--++++?? 故有： 1 11v l x S x αρρ= -+?? x α-的定性曲线为(假定1v l ρρ=)：
沸腾换热进展
沸腾换热进展 当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，液体被加热汽化而产生大量汽泡的现象称为沸腾。 液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变点的两相流换热。当加热壁 面温度T W 超过液体的饱和温度 T S 并达到一定数值时，液体即在加热面的某些点 上形成汽泡。这些点称为汽化核心，通常出现在加热表面的凹坑上。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡在成长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升动又产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多。一．沸腾换热 1.沸腾换热分类 沸腾有多种形式。如果液体的主体温度低于饱和温度，汽泡在固体壁面上生成、长大，脱离壁面后又会在液体中凝结消失，这样的沸腾称为过冷沸腾；若液体的主体温度达到或超过饱和温度，汽泡脱离壁面后会在液体中继续长大，直至冲出液体表面，这样的沸腾称为饱和沸腾。如果液体具有自由表面，不存在外力作用下的整体运动，这样的沸腾又称为大容器沸腾（或池沸腾）；如果液体沸腾时处于强迫对流运动状态，则称之为强迫对流沸腾，如大型锅炉和制冷机蒸发器的管内沸腾。 （1）大空间沸腾与有限空间沸腾 高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所进行的沸腾，称为大空间沸腾，又称池沸腾；沸腾过程受到沸腾空间的限制，沸腾产生的蒸汽和液体混合在一起，构成汽液两相混合物（两相流），称为有限空间沸腾，又称受迫对流沸腾或管内沸腾。 图1 加热表面 （2）过冷沸腾与饱和沸腾 流体处于末饱和状态即流体温度低于饱和温度的沸腾现象，称为过冷沸腾；而液体温度始终保持大于液体的饱和温度，则称为饱和沸腾。 2. 沸腾换热机理 （1）气泡的成长过程 实验表明，沸腾只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面，这些产生气泡的点称为汽化核心，一般认为，壁面的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心。