《混合工質溶液池沸騰氣泡成核及換熱機理研究》是依託華南理工大學，由許雄文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：混合工質溶液池沸騰氣泡成核及換熱機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：許雄文
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非共沸混合工質相變傳熱廣泛存在於能源化工流程中，目前其傳熱關聯式對於較大溫度滑移下的混合工質適用性較差，給換熱器設計計算帶來了很大的制約。本項目以非共沸混合工質溶液沸騰過程為研究對象，對其沸騰過程中的氣泡成核衰減機理及沸騰換熱衰減規律進行基礎科學研究。主要研究內容有：從分子運動學出發，提出混合工質沸騰氣核密度衰減機理，並建立混合工質氣核密度的數學模型，計算混合工質相比純工質時的氣核衰減係數，修正沸騰氣核衰減後的混合工質沸騰傳熱關聯式；採用傳質主導模型計算氣液界面上的有效過熱度，考慮傳質阻力引起的傳熱衰減；從而建立同時考慮沸騰氣核衰減及氣泡成長傳質阻力作用後的沸騰傳熱關聯式並進行實驗驗證。本項目旨在揭示混合工質成核機理，通過混合工質溶液沸騰氣核密度衰減係數修正其沸騰傳熱關聯式，得到一個適用性較強的混合工質沸騰傳熱計算關聯式。
結題摘要
混合工質在低溫製冷、設備散熱、天然氣液化和空氣分離等領域有廣泛的套用。但與純工質相比，混合工質核態沸騰的換熱性能大幅降低，掌握混合工質的沸騰換熱的機理對換熱器的設計和強化換熱技術的發展有重要的意義。因此，本課題從混合工質的成核過程，氣泡成長過程和沸騰換熱係數方面逐步研究了混合工質沸騰的換熱機理和換熱特性。 首先，基於相變時吉布斯自由能的改變分析了非共沸混合工質的非均相成核過程。得到了混合物沸騰時的臨界半徑，有效能的改變數，起始沸騰過熱度和熱流密度的解析解。在此基礎上，建立了混合工質起始過熱度關聯式，並對R22、R124及R22/R124混合物的起始沸騰過熱度和熱流密度進行實驗驗證。結果表明，本課題提出的模型與實驗結果的吻合度較好，大部分實驗數據的誤差為+20%~-40%。 其次，混合工質沸騰時氣泡密度減少是混合工質沸騰換熱係數下降的主要原因之一。本課題首次從氣泡形成機率的角度出發，使用漲落理論解釋了混合工質沸騰時氣泡密度衰減的現象。通過計算低沸點組分在局部區域中變化時系統的熵變，得到了發生濃度漲落的機率和混合工質沸騰時氣泡密度的衰減率。實驗測試了不同純工質及其混合物在透明石英管中沸騰時的氣泡密度，實驗結果與計算結果的一致性較好。 另外，氣泡成長速度的衰減也是混合工質沸騰換熱係數下降的主要原因之一。為了研究混合工質沸騰時傳質阻力的影響和氣泡成長速度的衰減率，本課題對單個氣泡分別在混合物中的成長過程進行了實驗研究。實驗結果表明，目前已有的計算模型都低估了傳質阻力的影響。因此，提出了適用於混合工質氣泡成長的衰減因子計算模型，大多數計算結果的誤差在+30%~-30%之間。 最後，綜合研究了混合工質沸騰的換熱特性。對混合物的池沸騰換熱係數進行實驗研究。對比了已提出的純工質和混合工質的關聯式，並根據實驗結果提出了新的換熱關聯式。
