發(fā)布時間：2017-09-02 06:10

  本文關鍵詞：超聲波對池沸騰換熱影響的實驗研究

  更多相關文章： 超聲波 池沸騰 納米流體 強化傳熱 聲流 聲空化

【摘要】：隨著科技發(fā)展進步,無論從傳統(tǒng)高耗能行業(yè)節(jié)能還是從新興高技術領域高熱流電子器件的散熱需求,都對強化換熱技術提出了更高的要求,有待于我們進一步發(fā)展強化換熱的新原理和新技術。超聲波作為一種新的有源強化傳熱技術近十幾年來越來越受到重視,在今后的工業(yè)應用中有著巨大的潛力,因此有必要對超聲波強化傳熱技術進行研究。本論文主要以實驗方法為主,綜合超聲波和納米流體兩種強化傳熱技術,研究了超聲波對純水以及納米流體沸騰傳熱的影響。本文的主要研究工作和結論如下：(1)設計并搭建了超聲波強化傳熱的池沸騰實驗平臺,采用Rohsenow經驗式對實驗系統(tǒng)進行了驗證,證明了實驗系統(tǒng)所獲數據具有合理性。(2)在不同液體過冷度、超聲功率和超聲輻射距離條件下研究了超聲波對池沸騰換熱的影響。研究結果表明在低過冷度、高功率和近距離的條件下,超聲波強化換熱的效果明顯,反之強化效果相對較弱,并對其中的強化機理進行了理論分析。(3)分別在液溫為60℃、80℃、100℃條件下利用高速攝影對加熱表面沸騰過程中氣泡動力學進行了可視化研究,深入揭示了超聲波強化傳熱的機理。(4)在沒有施加超聲波時,研究了不同體積濃度的A1203和Ag納米流體對池沸騰換熱的影響。結果表明,兩種納米流體較純水的傳熱性能都有了大幅度提高,且A1203納米流體相對于純水的平均強化倍率要高于Ag納米流體；兩者都相應地降低了沸騰起始點過熱度；且所有濃度的A1203納米流體和體積濃度為0.001%的Ag納米流體的臨界熱流密度都較純水有了提高,而濃度為0.0025%、0.005%的Ag納米流體要低于純水的臨界熱流密度。(5)超聲波影響納米流體沸騰換熱特性的研究表明：對于所有濃度的A1203納米流體,在壁面過熱度低于約3℃時,沸騰曲線明顯左移；對于不同濃度的Ag納米流體,在壁面過熱度低于8℃時,超聲波強化換熱效果明顯；隨著熱流密度的增加,進入旺盛核態(tài)沸騰階段時,超聲波對兩種納米流體傳熱性能的影響不顯著；相對于不加超聲波,沸騰起始點過熱度均降低約1℃,但超聲波對臨界熱流密度影響很小。(6)通過掃描電鏡分析了光表面以及施加與不加超聲波時濃度為0.0025%A1203和Ag納米流體沸騰后的表面特性。發(fā)現了納米流體沸騰后的表面均燒結了一層納米顆粒吸附層,表面粗糙度和空穴密度都較光表面顯著增加。在不加超聲波時A1203沸騰后表面呈多孔質結構,加超聲波后表面可以看到裂痕和很多納米級別顆粒。除了加超聲波后表面空穴數目和粗超度都增多增大之外,在有無超聲波時Ag納米流體沸騰后的表面結構相差不大。
【關鍵詞】：超聲波 池沸騰 納米流體 強化傳熱 聲流 聲空化
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 主要符號表9-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 超聲波強化換熱概述12-19
• 1.2.1 超聲波簡介12-13
• 1.2.2 超聲波強化傳熱的主要機理13-14
• 1.2.3 超聲波強化傳熱的研究進展14-19
• 1.3 納米流體與超聲波19-20
• 1.3.1 納米流體傳熱性能的研究19-20
• 1.3.2 超聲波影響納米流體傳熱的研究20
• 1.4 本文主要研究內容20-22
• 第2章 實驗裝置與方法22-30
• 2.1 實驗裝置22-27
• 2.1.1 實驗臺簡介22-23
• 2.1.2 沸騰池腔體23
• 2.1.3 主加熱器23-24
• 2.1.4 溫控系統(tǒng)24-26
• 2.1.5 超聲系統(tǒng)26
• 2.1.6 采集系統(tǒng)26-27
• 2.2 實驗步驟和方法27
• 2.3 實驗數據處理27-28
• 2.4 實驗不確定度分析28
• 2.5 實驗系統(tǒng)可靠性驗證28-29
• 2.6 本章小結29-30
• 第3章 超聲波強化純水沸騰換熱30-42
• 3.1 實驗工況30
• 3.2 過冷度的影響30-39
• 3.2.1 沸騰曲線31-33
• 3.2.2 氣泡動力學特性33-39
• 3.3 超聲功率的影響39-40
• 3.4 輻射距離的影響40-41
• 3.5 本章小結41-42
• 第4章 超聲波強化納米流體沸騰傳熱42-62
• 4.1 納米顆粒選擇42
• 4.2 實驗工況42-43
• 4.3 納米流體的池沸騰換熱特性43-52
• 4.3.1 不同濃度Al_2O_3納米流體的換熱特性43-45
• 4.3.2 不同濃度Ag納米流體的換熱特性45-47
• 4.3.3 不同種類納米流體的換熱特性比較47-51
• 4.3.4 納米流體強化傳熱機理分析51-52
• 4.4 超聲波對納米流體沸騰換熱的影響52-59
• 4.4.1 超聲波對Al_2O_3納米流體換熱的影響52-54
• 4.4.2 超聲波對Ag納米流體換熱的影響54-56
• 4.4.3 超聲波對不同種類納米流體換熱的影響56-59
• 4.5 沸騰起始過熱度和臨界熱流密度總結59-60
• 4.6 本章小結60-62
• 第5章 總結和展望62-64
• 5.1 本文總結62-63
• 5.2 未來工作展望63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學位期間學術成果68-69
• 致謝69

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