[其他]泡核沸腾的强化传热表面

说明书

泡核沸腾的强化传热表面是用于提高物体表面的传热效率的。

泡核沸腾是一种高效的传热方法。为了强化泡核沸腾的传热效果，近年来人们已经发展了各种强化表面来代替光滑表面。这种泡核沸腾的强化传热表面大体可以分为二类：一类是多孔介质表面，美国Union    Carbide公司的High    Flux管即其典型。另一类是经过特殊机械加工而制成的强化传热表面。西德Wieland-werke公司的Gewa-T管和日本日立公司的Thermoexcel-F管则属于这一类表面。但是它们的共同缺点是：工艺复杂、成本高、难以用于硬度较大的材质，目前只限于铜和铜合金，更严重的是，在从自然对流到池内沸腾的过渡区内它们都有明显的热滞后（Hysterisis）现象，存在着较大的“温度过头”（Teperature    Oveshot）现象。为此，Ralph.I.Webb在美国专利3，521，706中首次提出了一种附着式强化表面。他提出，可将金属或非金属丝缠绕在肋管（带有肋片的管子）的肋片间的凹槽中，这样，由于大量核化中心的形成就改善了泡核沸腾的传热效果。Karl    V.Schmittle则在此基础上，在美国专利4，074，753中，提出用纤维编织的细索（不是单根的细丝）螺旋状地缠绕在肋管的肋片间的凹槽或者在光滑的铜管上，并提供了数据，申请了专利。但该专利申请人根据自己的实验提出把铜丝缠绕在光滑的铜管上反而会使传热恶化，因而并未将此列入其申请保护的权项之中。本发明所提出的强化泡核沸腾的传热表面其特征在于，它是由光滑园管和紧紧地缠绕在其表面的螺旋状金属丝所组成。这种金属丝可以是镍铬的，当以氟里昂为传质时，镍铬丝的直径在0.5～1.5mm之间，其间距在0～0.22mm之间。图1即为金属丝附着物表面结构同GEWA-T管及High Flux管的对比图。本发明以R-113（氟里昂）为介质，在大气压下研究了紧压在光滑管外表面上的螺旋状金属丝对水平园管沸腾传热的影响，还进行了系统的参数性能优化的实验研究，结果表明：这种强化方法在中低热负荷（10⁴w/m²）时可以将传热系数提高3倍左右，在合理选择参数（丝经d和间距S）时，直到10⁵W/m²时可以将传热系数至少还可以提高120%左右。尤其是：采用这种方法，可以消除氟里昂类液体在过渡沸腾区内的“温度过头”现象，这在某些工程应用中（如电子元件的冷却）具有重要意义。这种优点是其他各种强化传热表面所不及的。

实施例：

一：实验装置：

实验装置及实验件分别如图2、图3所示。黄铜制圆管的外表面为加热面1，其表面光洁度为7，加热圆管的外径D＝20mm，弹簧状镍铬丝紧紧地压附在加热面上。丝径φ0.3mm的镍铬-镍铝热电偶7、8用来测量池内液温，取其平均值作为液体温度。加热圆管的两端距离管外壁2.5mm分别钻有两个深20mm、孔径φ1.5mm的圆孔，一端的两圆孔垂直分布，另一端的两圆孔水平分布，这四个圆孔安装有四支φ0.3mm的铜-康铜热电偶3、4、5、6，这四支热电偶测得的温度之平均值，经恒热流加热圆管等的温度外推公式换算，可以得到加热面的平均温度。实验件用管内的螺旋状电阻丝18通过交流电来加热。电阻丝与黄铜管之间充满镁砂，这种材料绝缘良好，同时也有一定的导热性。加热圆管两端用聚四氟乙烯塑料绝热。加热电流和电压降分别由0.5级的电流表和电压表测量，据此可以算出通过加热表面的热流密度q″。U型辅助加热器15的功率由0.5级的功率表测定。所有热电偶的热电势由PF-3型双积分式多路直流数字电压表和LY6型数字打印机获取，其精度为10μV。热电偶均用二级标准水银温度计在恒温水溶槽中标定，并利用最小二乘法将标定结果回归成下列形式的二次方程：

t＝0.984+24.932V-0.043V²

式中：V-热电势，mv;t-温度，℃;

实验值的最大相对误差为±1%。

实验件水平地放置在一个300×300×200mm的矩形玻璃容器中，做饱和沸腾实验时，U型辅助加热器15使池中液体始终保持饱和温度，不使用冷却水套10，并且将玻璃容器用毛毡包住，以减少热量损失，仅在一侧开有一个窗口以便于观察和摄影。做过冷沸腾实验时，后用冷却水套10，调节自来水的流量及辅助加热器15的热量来维持所需要的池内液温，实验中过冷度的波动在±0.5℃范围内。

二    实验内容：

1、校核性的予备实验