水力空化强化传热实验的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093485 水力空化强化传热实验研究* 1 1 2 2 2 徐根花 王立 蔡军 淮秀兰 李虹霞 （1. 北京科技大学 机械工程学院，北京 100083 ；2. 中国科学院工程热物理研究所，北京 100190 ） TEL.: 010 E-mail ：hxl@mail.etp.ac.cn 摘要：水力空化技术已经在化工、饮用水消毒及废水处理等领域得到了广泛应用，但是有关水力空化 强化传热的研究还较少。本文建立了水力空化强化对流传热实验平台，对水力空化强化传热机理进行 了系统研究。实验以水为工质，系统研究了不同循环液体流量、不同热流密度条件下水力空化强化传 热效果。实验结果表明空化流动条件下传热强化非常明显。在相同热流密度下，循环水流量越大，水 力空化强化传热效果越好；相同循环水流量下，热流密度越小，水力空化强化传热效果越好。 关键词：水力空化 强化传热 热效应 空化流动 1 引言 空化是指当液体内部局部压力降低时，在液体中或液固界面上蒸汽或气体空穴的形 成、生长及溃灭的过程。水力空化，是指通过一定水力结构（如节流阀、几何孔板及文 丘里管等）实现液体的空化。当流体流经水力结构时，由于水力结构的限流作用，其流 速急剧上升，作为代价其压力急剧下降，当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸气压时 就会产生空化现象。已有研究表明，空化泡急速溃灭瞬间在其周围极小范围内会产生局 部高温、高压，形成所谓的“热点”[1] ，并伴有强烈冲击波和高速射流。空化泡溃灭可引 发多种空化效应，如湍流效应、微扰效应、界面效应、聚能效应、化学效应及热效应等 [2] 。最初，人们利用超声波来产生空化效应，并把空化泡溃灭时产生的高聚能量作为一 种对物理/化学过程的能量输入方法，达到强化过程的目的。蔡军[3]等利用数值方法研究 了超声空化对自然对流传热的强化作用，李红霞等[4]采用实验方法对超声空化在防除垢 方面的应用进行了详细研究，研究结果表明超声空化具有明显的防除垢效果。 与超声空化相比，水力空化结构更简单，也更为经济。水力空化技术已经在化工、 饮用水消毒及废水处理等领域得到了广泛应用[5-7] 。除此之外，水力空化技术还可用于 强化传热[8, 9] ，不过有关这方面的研究报道非常少。国外研究主要针对微电子器件中的 水力空化强化传热现象，没有常规尺寸下水力空化强化传热的研究报道，国内还没有发 现相关研究报道。因此，本文以水为工作介质，对常规尺寸下水力空化强化对流传热机 理进行系统研究，通过建立水力空化强化对流传热可视化实验平台，对不同参数下水力 空化强化换热效果进行详细实验研究。 2 实验 2.1 实验装置 图1 所示为水力空化强化传热实验系统示意图，整个实验系统主要由水箱、实验观 * 国家863计划（No. 2006AA05Z203 ）和国家自然科学基金（No.）资助项目 察段、加热棒、调压器 、水力空化发生器、涡街流量计、阀门、流量控制阀、泄水阀、 压力表、泵、热电偶以及数据采集系统组成。 在整个循环系统中，在空化发生处，水箱处和水箱出口处分别嵌入热电偶，用于测 量水流温度，以计算整个循环系统中水流的平均温度。在加热棒内部集成了两个热电偶， 用于测量加热棒表面温度。 2 2 2 3 T 数 据 10 8 7 6 T T