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纳米流体在矩形微槽内临界热流密度研究

作　者: 程炜
导　师: 罗小平
学　校: 华南理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 微通道临界热流密度纳米流体饱和沸腾
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

对于沸腾换热,临界热流密度(Critical Heat Flux ,CHF)作为一个约束条件,对沸腾换热量有一个最高值的限制。随着纳米技术迅速发展,一些学者开始尝试用纳米流体进行强化对流换热,给强化传热技术带来了蓬勃生机。但此项研究工作尚处于起步阶段,而微细尺度通道内纳米颗粒悬浮液临界热流密度的研究,目前尚未见公开报道。鉴于此,本文对两种不同体积分数的Al 2 O3纳米流体悬浮液在不同直径(0.6~2mm)矩形微槽中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是不同的质量流速和进口过冷度条件下得到的,文中分析了各种参数(质量流速、进口过冷度、出口干度和直径大小等)对CHF的影响,并且和文献中研究结果比较。在CHF出现时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明,CHF随质量流速的增加而增加;进口过冷度对CHF影响不大;CHF随着出口干度的增加而降低;CHF随着槽道直径的减小而增大。最后本文引用了一个适用于微槽道饱和沸腾CHF的简单预测模型。文章一方面将该模型与已有实验数据和常用的CHF计算关联式比较,验证该模型的预测性能,另一方面将该模型的预测值与实验数据比较,得到的平均绝对误差(MAE)都在20%以内,也验证本文实验数据的可用性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 微槽沸腾换热CHF 概述与研究现状  13-15
  1.3 纳米颗粒悬浮液研究的国内外研究现状  15-19
    1.3.1 纳米粉体的制备技术  15-16
    1.3.2 纳米流体的制备技术  16
    1.3.3 纳米流体强化传热性能研究  16-18
    1.3.4 纳米流体研究的技术问题  18-19
  1.4 本文课题来源及主要研究内容  19
  1.5 本章小结  19-20
第二章理论基础  20-32
  2.1 两相流基本参数  20-23
    2.1.1 两相流的质量流量和面积质量流速  20
    2.1.2 容积流量、流速  20-21
    2.1.3 相对速度与滑速比  21
    2.1.4 混合速度  21
    2.1.5 空泡率  21
    2.1.6 质量气流率、容积气流率和质量含气率  21-22
    2.1.7 两相流基本方程  22-23
    2.1.8 压降  23
    2.1.9 流型  23
  2.2 沸腾传热  23-25
    2.2.1 气泡动力学公式  24
    2.2.2 气泡动力学机理  24-25
  2.3 强制流动的沸腾机理  25-28
    2.3.1 流动沸腾分布特性  25-26
    2.3.2 流动沸腾机理  26-27
    2.3.3 流动沸腾传热特性  27-28
  2.4 流动沸腾的临界工况  28-31
    2.4.1 流动沸腾临界状况分析  28-31
    2.4.2 临界热流密度的计算关联式  31
  2.5 本章小结  31-32
第三章实验原理与方法  32-48
  3.1 概述  32-33
  3.2 实验的主要设备  33-39
    3.2.1 实验段  33-34
    3.2.2 实验测量设备  34-37
    3.2.3 其他设备  37-39
  3.3 实验数据采集系统  39-44
    3.3.1 数据采集卡  39-41
    3.3.2 数据采集及程序设计  41-44
  3.4 纳米流体的配置及属性鉴定  44-46
    3.4.1 纳米流体的配置  44-45
    3.4.2 纳米流体的粘度属性测定  45-46
  3.5 实验过程与方法  46-47
    3.5.1 实验前的准备工作  46-47
    3.5.2 竖直微槽流动沸腾CHF 实验  47
  3.6 本章小节  47-48
第四章纳米流体在微槽内CHF 实验数据与结果分析  48-64
  4.1 CHF 参数计算  48-51
  4.2 CHF 特性研究  51-55
    4.2.1 CHF 实验中流体流动特性  51-53
    4.2.2 槽道壁面温度随热流密度的变化  53-55
  4.3 参数对CHF 的影响  55-61
    4.3.1 质量流速G 与CHF 的关系  55-56
    4.3.2 进口过冷度与CHF 的关系  56-58
    4.3.3 出口临界热力学干度与CHF 的关系  58-60
    4.3.4 槽道尺寸与CHF 的关系  60
    4.3.5 纳米流体体积分数与CHF 的关系  60-61
  4.4 实验误差分析  61-62
    4.4.1 实验误差环节  61
    4.4.2 误差环节的具体分析和控制  61-62
  4.5 本章小节  62-64
第五章纳米流体在微槽道内饱和CHF 模型预测  64-75
  5.1 微槽道饱和CHF 预测模型  64-67
  5.2 验证模型预测  67-74
    5.2.1 模型预测与文献实验数据比较  67-71
    5.2.2 模型预测与文献中其它关联式的比较  71-72
    5.2.3 模型预测与本文实验数据比较  72-74
  5.3 本章小结  74-75
结论与展望  75-78
参考文献  78-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85

纳米流体在矩形微槽内临界热流密度研究

内容摘要

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