可视化和液体薄膜破坏膜状凝结在水平minichannels流动gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

闭环热管理系统利用工作流体除去热量从源,如电子或汽车,并拒绝热量变成一个散热器,散热器等(gydF4y2Ba2021年何鸿燊和梁gydF4y2Ba)。在太空中,特别重要的是能够将热能从整个系统的冷却只能通过热辐射(gydF4y2BaMudawar 2017gydF4y2Ba)。通过使用一个两相流体在闭环,工作流体的潜热可以方便地通过蒸发或冷凝,允许没有明显的温度梯度显著的传热流体。冷凝过程,浓缩液体(即。,conden年代一个te)一个cts to insulate the cooling surface from the working fluid (太阳和王出版社,2016年版gydF4y2Ba;gydF4y2Ba妞妞et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaAlizadeh-Birjandi et al ., 2019gydF4y2Ba)。虽然可以一滴一滴地或膜状冷凝,膜状凝结在内部流动是普遍,因为它不需要任何特殊的涂料或条件发生(gydF4y2Ba马et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈和Derby, 2016年gydF4y2Ba;gydF4y2BaAlizadeh-Birjandi et al ., 2019gydF4y2Ba)。由于膜在膜状冷凝防止直接冷却表面和蒸汽之间的传热,传热系数往往是一个数量级低于滴状冷凝(gydF4y2Ba玫瑰,2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaOrejon et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba埃尔费尔et al ., 2020gydF4y2Ba)。因此,这部电影是薄时,例如,当发生质量高,传热系数增加。同样,传热系数随着质量流量增加,对流传热成为更重要的相对于导电通过这部电影。gydF4y2Ba

mini-channels,水力直径是200μm和3毫米之间剪切力成为主导,这部电影才子整个表面,变薄,形成一个环的冷凝蒸汽流(gydF4y2Ba苏et al ., 1968gydF4y2Ba;gydF4y2Ba苏,1982gydF4y2Ba;gydF4y2BaKandlikar格兰德,2003年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba金姆和Mudawar (2013)gydF4y2Ba开发了一个相关性来确定特定的流态(即。,年代lugorw一个vy一个nnular) determined by the fluid properties, flow rate, and quality (金姆和Mudawar, 2013年gydF4y2Ba)。而薄膜传热和流动机制提高利率,降低直径增加了压降在冷凝器(gydF4y2Ba金姆和Mudawar, 2012年gydF4y2Ba)。增加压降要求额外工作的闭环压缩机或泵,可否定积极对传热的影响。因此,增强提高传热系数没有显著增加冷凝器压降是特别感兴趣的(gydF4y2BaMudawar 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

一种方法增强微细血管凝结是外套的表面疏水性物质如聚四氟乙烯、转换膜状凝结成滴状冷凝,导致增强十倍,然而涂料并不总是持久(gydF4y2BaMiljkovic和王出版社,2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈和Derby, 2016年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba安塔et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba霍克et al ., 2022gydF4y2Ba)。然而,持久的疏水性涂料保持一个活跃的研究领域,因此冷凝过程在工业膜状冷凝而不是滴状冷凝(gydF4y2BaAhlers et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2BaChang et al ., 2020gydF4y2Ba)。冷凝传热的另一个方法是使粗糙亲水性表面减少润湿性和粗糙度雷诺数增加,为了提高传热系数(gydF4y2BaDipprey Sabersky, 1963gydF4y2Ba;gydF4y2Ba迈德维尔,考1966gydF4y2Ba;gydF4y2Ba阮和安,2021年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

增强膜状凝结的其他方法包括物理修改冷凝表面结构,旨在增加冷凝面积,穿透电影,或破坏电影的鳍,扭曲的磁带,或起皱的冷凝通道(gydF4y2BaCavallini et al ., 2003gydF4y2Ba;gydF4y2BaDalkilic Wongwises, 2009gydF4y2Ba;gydF4y2BaEl下级法官et al ., 2021gydF4y2Ba)。gydF4y2Baet al。(2019)gydF4y2Ba使用锥形针鳍在圆管和比较他们圆顶的鳍评估gydF4y2Ba王et al。(2018)gydF4y2Ba。在8.7毫米渠道使用R134a, (gydF4y2Ba何鸿燊et al ., 2019gydF4y2Ba)确定螺旋锥形鳍安排可以提高传热系数的2.44倍压降增加(gydF4y2Ba何鸿燊et al ., 2019gydF4y2Ba)。传热系数的增加增强相对增加的压力并没有发现真正的使用的圆顶的鳍gydF4y2Ba王et al。(2018)gydF4y2Ba也使用R134a 8.7毫米通道(gydF4y2Ba王et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba何鸿燊et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2BaAroonrat和Wongwises (2019)gydF4y2Ba使用8.1毫米的圆形通道R134a,酒窝的外管被用来创建空心针鳍深度为0.5,0.75,和1毫米直径的1.5,2毫米,分别在通道。虽然他们能够增加传热系数83%,压降增加892%而非转基因通道(gydF4y2BaAroonrat Wongwises, 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

虽然在风冷冷凝器,蒸汽凝结流动应用太阳能生产,有有限的mini-channels凝结蒸汽的冷凝数据流(gydF4y2Ba德克et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2BaEl下级法官et al ., 2021gydF4y2Ba)。研究用鳍和其他结构增强传热性能的蒸汽也主要集中在垂直gravity-driven凝结过程。gydF4y2Ba冬季和麦卡锡(2020)gydF4y2Ba使用一系列的开放、平行的两亲性通道,促进液滴成核在通道的底部,顶部的通道是疏水的,导致水滴de wet,除去表面的增加冷凝率(gydF4y2Ba冬季和麦卡锡,2020年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba冬天et al ., 2021gydF4y2Ba)。gydF4y2BaModak et al。(2019)gydF4y2Ba进行了数值分析和实验验证了影响单层球形粒子在垂直冷凝板和发现,根据粒子的大小,他们将作为一个鳍,灯芯,或表面粗糙度和减少热阻产生的粒子直径1到50µm以上700µm (gydF4y2BaModak et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba何鸿燊和梁(2020)gydF4y2Ba研究了竖直板挤满了锥形鳍增加gravity-driven冷凝传热系数146%纯表面(gydF4y2Ba2020年何鸿燊和梁gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

虽然这些增强方法可以很容易地使用在地球引力,对于微重力应用程序,如卫星或航天器,重力的影响冷凝过程需要被理解。因为在微重力条件下执行实验设置时间和资源密集型,改变方向的测试部分,以便将与或反对任何引力影响冷凝过程允许研究人员预测过程会改变在微重力环境中(gydF4y2BaMudawar 2017gydF4y2Ba)。作为一个通道的直径减少,表面张力和剪切力增加的相对强度相对于引力(gydF4y2Ba温家宝et al ., 2018gydF4y2Ba)。尤其是低质量速度流动,引力仍然可以扭曲的形状环,防止在水平径向对称循环通道(gydF4y2BaMudawar 2017gydF4y2Ba)。为渠道,没有径向对称也没有凝结在所有表面,如渠道调查,几乎没有信息有关的影响通道方向的凝结特性通道。gydF4y2Ba

本研究的目的是探讨影响的半球形结构矩形mini-channels对液膜厚度及其在流动凝结对传热的影响。观察是由测量传热、压降和可视化冷凝的电影。此外,本研究探讨了重力水平两相流动的影响通过改变测试区,冷凝的方向将发生在较低或通道的上表面。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

2.1实验仪器gydF4y2Ba

实验使用开环蒸汽设备,所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba,旨在衡量冷凝传热系数、压力下降,使冷凝过程的可视化。蒸汽调节到250 kPa所有测试条件和经过分离器去除任何水和过滤系统去除污染物可能的蒸汽供应。由于初始蒸汽质量的不确定性、过热蒸汽的20 - 30°C。过热蒸汽然后通过pre-condenser控制蒸汽的质量进入测试区。冷却水由一个恒温浴(Neslab rte - 221),它的质量流量测量gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba科里奥利流量计(CMFS015M微运动),及其由两个衣架式热电偶温度测量。gydF4y2Ba

蒸汽温度测量之前和之后pre-condenser使用衣架式热电偶(ω;t - q - ss - 116 g - 3),以及通过测试部分。一个压差传感器(ω;PX409)是用来测量压降测试部分。5个衣架式热电偶(ω;tjc36独立主办- 062 u - 2)安装在冷却块被用来计算热通量离开蒸汽,进入冷却水由第二个恒温浴。六分之一衣架式热电偶测试优惠券被用来确定壁温的通道。测试重力流冷凝的影响,使用同样的仪器测试区在哪里倒,这样上面的冷却表面看到的蒸汽流量gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。在这两个方向,影片的可视化进行了使用徕卡Z16 APO宏观和FASTEC IL3高速相机。温度和压力数据是使用虚拟仪器和cdaq收集与NI - 9174 tb - 9214和NI 9207模块。gydF4y2Ba

两个测试优惠券,所示gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba,建立了与通道的无氧铜和水力直径是1.9毫米。第一个优惠券与平面矩形截面通道和没有额外的结构补充道。第二个测试部分加入了铜半球gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba下面的过程。铜优惠券上的物理和化学污染表面被通过使用丙酮,然后干燥环境条件下。2毫米铜球被放置在hemi-spherical pre-machined凹槽通道的优惠券。相同的不锈钢模具hemi-spherical槽模式是放在铜球与光压获得铜球。注意,不锈钢模具上涂上一层碳粉是防止烧结铜球和模具。铜的优惠券用铜球和不锈钢模具被放置在一个管式炉烧结(传递- 1200 x)。在烧结过程中炉的温度控制对时间所示gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba;在这项研究中使用的峰值温度为1000°C。以避免可能引起的机械损伤由于突然的加热和冷却,炉加热和冷却3 - 5°C /分钟和恒温时间的10 - 20分钟之间温度增加或减少。结束时的烧结过程中,不锈钢模具机械拆除,只留下烧结铜球的优惠券。丘的优惠券,水力直径计算通过使用长度平均横截面积和周长。gydF4y2Ba

2.2数据简化gydF4y2Ba

传热系数,gydF4y2BahgydF4y2Ba计算使用傅里叶传热定律来确定通过铜块率,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{问gydF4y2Ba}}}_{\mathrm{bgydF4y2Ba}\mathrm{lgydF4y2Ba}\mathrm{ogydF4y2Ba}\mathrm{cgydF4y2Ba}\mathrm{kgydF4y2Ba}},gydF4y2Ba$ 然后确定gydF4y2BahgydF4y2Ba使用对流传热方程。在哪里thete米per一个ture gradient in the cooling block,dT / dygydF4y2Ba,使用最小二乘方法计算;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{冲浪gydF4y2Ba},就是凝结发生的表面积;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_块gydF4y2Ba冷却块的横截面积;和gydF4y2BakgydF4y2Ba无氧铜的导热系数。丘的优惠券,使用翼面积。流体温度,gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{蒸汽gydF4y2Ba},确定使用优惠券的两阶段蒸汽压力,平均使用前后压力传感器测试部分。墙上的温度,gydF4y2BaTgydF4y2Ba_墙gydF4y2Ba被发现使用优惠券的热电偶1.5毫米低于微通道的底部。gydF4y2Ba

2.3不确定性gydF4y2Ba

所有的测量设备校准。衣架式热电偶的校准在5°C水浴增加从5°C到60°C,以及在沸腾的水和冰浴,与参考温度计相比,导致热电偶±0.2°C的不确定性。从测试部分的温度梯度,不确定性是计算使用以下方程(gydF4y2BaKedzierski沃辛顿,1993gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaDgydF4y2Ba_洞gydF4y2Ba热电偶孔的直径,gydF4y2Baq "gydF4y2Ba热通量,gydF4y2BaygydF4y2Ba每个孔的位置是在热梯度的方向,gydF4y2Ba $\stackrel{¯gydF4y2Ba}{\mathrm{ygydF4y2Ba}}$ 平均热电偶位置,ω代表了不确定性。高导热系数的无氧铜、规模相对较小的热电偶孔与它们之间的距离相比,梯度不确定性小于±10°C / m的所有情况下,最大的不确定性因素对传热通过冷却块,进而为传热系数。压力传感器校准使用载重测试器,允许0.25%的满刻度误差对应于一个±1.7 kPa的不确定性。由于两相流体的压力和温度并不是独立的,进口和出口的压力测试的部分被平均,用于确定蒸汽的温度,gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{蒸汽gydF4y2Ba},在测试部分的不确定性±0.5°C。随后,传热系数计算的不确定性,gydF4y2Ba

的不确定性是依赖块传热速率的不确定性,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{问gydF4y2Ba}}}_{\mathrm{bgydF4y2Ba}\mathrm{lgydF4y2Ba}\mathrm{ogydF4y2Ba}\mathrm{cgydF4y2Ba}\mathrm{kgydF4y2Ba}}$ 表面积,gydF4y2Ba ${\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}\mathrm{ugydF4y2Ba}\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{fgydF4y2Ba}}$ 两相饱和温度,冷凝蒸汽,gydF4y2Ba ${\mathrm{TgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}\mathrm{tgydF4y2Ba}\mathrm{egydF4y2Ba}\mathrm{一个gydF4y2Ba}\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ 表面温度,gydF4y2Ba ${\mathrm{TgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}\mathrm{ugydF4y2Ba}\mathrm{rgydF4y2Ba}\mathrm{fgydF4y2Ba}}$ 。gydF4y2Ba

3结果与讨论gydF4y2Ba

3.1单相验证gydF4y2Ba

验证传热测量,蒸汽被冷却到过冷水250 kPa和50°C到70°C的单相验证使用优惠券。这验证使用两个指标,第一是比较的能量离开水,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{问gydF4y2Ba}}}_{\mathrm{wgydF4y2Ba}\mathrm{一个gydF4y2Ba}\mathrm{tgydF4y2Ba}\mathrm{egydF4y2Ba}\mathrm{rgydF4y2Ba}}$ ,这是通过冷却块,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{问gydF4y2Ba}}}_{\mathrm{bgydF4y2Ba}\mathrm{lgydF4y2Ba}\mathrm{ogydF4y2Ba}\mathrm{cgydF4y2Ba}\mathrm{kgydF4y2Ba}}$ ,从gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba,gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ 的质量流率是完全冷凝水,gydF4y2Ba ${\mathrm{cgydF4y2Ba}}_{\mathrm{pgydF4y2Ba}}$ 定压比热容,gydF4y2BaTgydF4y2Ba_在gydF4y2Ba和gydF4y2BaTgydF4y2Ba_出gydF4y2Ba是温度分别进入和退出测试区。gydF4y2Ba

第二个验证测量相比努塞尔特数据的相关性gydF4y2BaMuzychka和Yovanovich (2004)gydF4y2Ba对非圆管,它提供了一个单相努塞尔特数的上界和下界(gydF4y2BaMuzychka Yovanovich, 2004gydF4y2Ba),gydF4y2Ba

的值gydF4y2BacgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,gydF4y2Baf (Pr)gydF4y2Ba确定边界条件,ε是通道的宽高比,γ是1/10的形状参数的上界和下界−3/10。此外,gydF4y2Baf (Pr)gydF4y2Ba,gydF4y2Baf (Re)gydF4y2Ba,gydF4y2BaνgydF4y2Ba普朗特数的函数,雷诺数,分别和努塞尔特数。能量转移的过冷水冷却块内所有实验点为20%。此外,所有努塞尔特人数内或在预测值的误差范围内,如图所示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。能量平衡和努塞尔特数分析证实,两相换热的设备经营预测和测量是准确的。gydF4y2Ba

3.2流动冷凝传热系数gydF4y2Ba

从普通的优惠券,收集的数据标准取向(即。,conden年代一个t我ononlower surface), served as a baseline to compare against for any enhancement. For a mass flux of 50 kg/m^2gydF4y2Ba年代和品质从0.20到0.87,冷凝传热系数的范围从22200 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到53000 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba质量流量的k . 125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代和品质从0.33到0.97,冷凝传热系数范围从40800 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到95200 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Bak为质量通量,传热系数与质量接近线性增加;同样,传热系数更高的质量流量增加。比较其他优惠券和反向测试区取向,一个三度多项式曲线拟合这些测量传热系数,可以计算出任何一个增强因素质量。的gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba值是0.9908 - -0.9986为50公斤/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代和125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba数据集,分别。传热系数实验中所示gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba和冷凝传热的增强gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。两阶段传热系数为标准配置(即普通优惠券。相比,经历下表面凝结)值的预测gydF4y2Ba金姆和Mudawar (2013)gydF4y2Ba相关的冷凝迷你/微通道(gydF4y2Ba金姆和Mudawar, 2013年gydF4y2Ba),以便与其他实验值相似的渠道获得的。平均绝对百分比误差(gydF4y2Ba日军gydF4y2Ba),50公斤/米的质量流量gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba质量流量的年代为38%,125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代为16%,如图所示gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BahgydF4y2Ba_{predgydF4y2Ba}是传热系数预测的相关性,然后呢gydF4y2BahgydF4y2Ba_{经验值gydF4y2Ba}是观察到的传热系数的实验仪器。因为流机制(3.3节)影响预测传热系数,应该注意的是,50公斤/米的质量流量gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,流预测的政权gydF4y2Ba金姆和Mudawar (2013)gydF4y2Ba相关性都在过渡或蛞蝓政权,而对于125公斤/米的质量流量gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,预测流政权wavy-annular或过渡。gydF4y2Ba

丘优惠券,冷凝传热系数计算使用其翼面积,尽管丘优惠券的实际面积大于13.8%的优惠券。质量流量的50公斤/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba从0.21到0.81 K和品质,传热系数范围从33100 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到56200 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Bak .这对应于一个线性减少增强47%至0.21%的质量,增强质量为0.81 13%。质量流量为125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,传热系数的范围从44300 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到132000 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK分别为0.20 - -0.81,质量。增强通常有一个抛物线形状的函数质量最大的增强发生在低和高质量的点。0.20质量,传热系数提高48%,和0.81的质量,增强了79%。增强发生在最低的0.5和对应的质量提高了20%。抛物面增强趋势最好的解释是相对大小成堆的电影以及电影流的中断发生由于他们,如3.3节中讨论。这些传热的增强有类似发现的gydF4y2BaAroonrat和Wongwises (2019)gydF4y2Ba使用R134a,空心针鳍最多增长83% (gydF4y2BaAroonrat Wongwises, 2019gydF4y2Ba),尽管这种增强小于244%的提高来衡量(gydF4y2Ba何鸿燊et al ., 2019gydF4y2Ba)用R134a锥形鳍衬里的内部通道(gydF4y2Ba何鸿燊et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba何鸿燊和梁(2020)gydF4y2Ba研究凝汽参数数组在垂直板锥形电影,导致增加了146%;然而,这不同于目前的研究gydF4y2Ba何鸿燊和梁(2020)gydF4y2Ba研究gravity-driven电影凝结(gydF4y2Ba2020年何鸿燊和梁gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

压缩数据流为反向测试部分,冷凝发生在上表面的地方,也有类似的标准测试的部分结果。纯反向测试区,50公斤/米的质量流量gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,传热系数范围从23700 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到47000 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在品质从0.20到0.87 K,这与增长6.8%,减少10%的传热系数,分别。质量流量为125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,平原反向测试区传热系数从37300 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到62000 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在品质从0.34到0.79 K。在这种情况下没有传热增强,性能下降9.5%的质量0.34到0.79质量减少了14%。最低降低传热系数为2.2%,发生在一个0.51的质量。倒平原测试部分,减少传热系数都小于10%。gydF4y2Ba

倒堆测试部分的质量流量50公斤/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,传热系数范围从37300 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到74800 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK分别为0.23 - -0.90质量与相应的增强56% - -40% 37%的低点0.56发生的质量。质量流量为125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,传热系数从42300 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaK到110000 W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在品质从0.21到0.80 K。与标准的定位、增强抛物线的增强38%的质量质量的0.80 51%和0.21。增强最低为27%,发生在一个0.61的质量。gydF4y2Ba

3.3流可视化和凝析油膜破坏gydF4y2Ba

通过使用高速摄像机,观察流动凝结在500帧每秒。在平原的优惠券,凝析油膜流质量通量观测一般光滑。较低的质量流量和低品质,这部电影几乎没有障碍,除了偶尔的“波”在整个微通道。随着质量或流量的增加,汽相的剪切力引起了包括小波在两个阶段之间的接口形式。丘的测试区,成堆本身干扰流动通过阻止这部电影流入一条直线测试区。gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba显示了浓缩的电影在这两个渠道的质量质量流率0.6。电影混乱,特别是在成堆的下游一侧,很常见和冷凝也观察到流成堆所示gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

成堆的意义,一个最大的电影深度计算使用巴特沃斯相关估计的冷凝水可用于电影(gydF4y2Ba巴特沃斯,1975gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba图11gydF4y2Ba显示了这部电影可能达到的最大深度(即。估计,膜厚度),gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BadgydF4y2Ba_{电影gydF4y2Ba}最大可能的电影深度,gydF4y2BadgydF4y2Ba_{通道gydF4y2Ba}是渠道的深度,α是蒸汽的体积分数的频道,gydF4y2Ba ${\mathrm{XgydF4y2Ba}}_{\mathrm{vgydF4y2Ba}\mathrm{vgydF4y2Ba}}$ 的马蒂内利参数viscous-viscous流,gydF4y2BaxgydF4y2Ba蒸汽质量,gydF4y2BaρgydF4y2Ba和gydF4y2BaµgydF4y2Ba液体的密度和粘度,gydF4y2BalgydF4y2Ba和蒸汽,gydF4y2BaggydF4y2Ba阶段。gydF4y2Ba

在普通的优惠券,热阻逆相关电影深度;然而,相对于电影深度,成堆的1毫米半径证明流动的一个重要障碍。低品质的电影是厚的,gydF4y2BaxgydF4y2Ba< 0.4,这些中断在影片中减少膜热阻,强迫周围的流经过或成堆,速度,增加和减少的相对厚度的电影。高品质,gydF4y2BaxgydF4y2Ba> 0.6,成堆的电影足够薄与蒸汽直接接触,使他们能够像鳍,从而增加了冷凝面积,增加平面图传热系数除了电影中断。对所有品质电影中断和鳍发生影响;然而,他们分别最主导的低和高质量为中档品质,这也是为什么≤0.4gydF4y2BaxgydF4y2Ba≤0.6最低的增强。基于观察到液膜中断,顺理成章地,有成堆的最优分组。如果成堆相距太远,冷凝增强的机会gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba电影中断和翅片区域是错过了。然而,如果鳍分组太密切,如六角密包,这部电影可能变厚由于较小的有效通道宽度和底部的电影也可以停滞不前的通道成堆,防止对流热传递本地主导传热导电。gydF4y2Ba

的优惠券,测试部分的反转对电影视觉效果不大,继续流接触冷却表面尽管流道的上面。传热性能没有明显受到重力的影响,因此,两个无量纲数。罗兰的数,gydF4y2BaEogydF4y2Ba代表引力比表面张力,计算(gydF4y2Ba金姆和Mudawar, 2012年gydF4y2Ba),gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaggydF4y2Ba是重力常数,gydF4y2BaDgydF4y2Ba_hgydF4y2Ba是水力直径,gydF4y2BaσgydF4y2Ba表面张力。gydF4y2Ba

罗兰数字是0.64 - -0.60的平原和丘优惠券,分别。罗兰数字不到一个支持重力部队在这些优惠券并不占主导地位。修改后的韦伯数,gydF4y2Ba我们gydF4y2Ba^*gydF4y2Ba代表惯性比表面张力的力量,来确定预期的流态为每个数据点(gydF4y2Ba金姆和Mudawar, 2012年gydF4y2Ba),gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba再保险gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba是气相雷诺数,gydF4y2Ba苏gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba是Suratman气相的数量,gydF4y2BaGgydF4y2Ba是蒸汽的质量流量,gydF4y2BaXgydF4y2Ba_ttgydF4y2Ba是Lockhart-Martinelli参数。这些结果中可以看到gydF4y2Ba图12gydF4y2Ba和显示了流动制度预期通过弹状流,过渡(蛞蝓和环形之间),或wavy-annular流;一些数据在弹状流的政权。这支持电影坚持观察到的行为取向的铜表面不管这些政权电影湿整个通道表面流动。gydF4y2Ba

3.4压力下降gydF4y2Ba

压力下降是抛物线优惠券和取向,与质量和质量流率增加。压力下降丘优惠券也更高;然而,改变方向的测试区最小的影响,如图所示gydF4y2Ba图13gydF4y2Ba。质量流量的平原优惠券50公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,压力下降范围从1.8到8.8 kPa的品质从0.20到0.87。质量流量为125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代,压力下降范围从15到92 kPa品质从0.33到0.97。测试部分倒置时,质量流量的50公斤/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代压力从1.8下降到9.9 kPa品质从0.20到0.87,从16到67 kPa品质从0.34到0.79。标准丘优惠券在50公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代的压力从1.2下降到9.2 kPa品质从0.21到0.81。质量流量为125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代压力下降范围从10到110 kPa品质从0.20到0.81。倒堆的优惠券在50公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代压力下降范围从3.1到18从0.23到0.90 kPa的品质和质量流量的125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba从11年代压力下降到120 kPa品质从0.21到0.80。压降的增加明显低于观测到gydF4y2BaAroonrat和Wongwise (2019)gydF4y2Ba使用R134a,空心针鳍的存在增加了压力下降为251%,578%,和892%取决于针鳍大小为0.5,0.75,和1.0毫米,分别与300公斤/米的质量流量gydF4y2Ba^2gydF4y2Bas (gydF4y2BaAroonrat Wongwises, 2019gydF4y2Ba)。中观察到的更低的压降丘优惠券在这项研究可能是因为成堆的低频率和定位不压缩流过通道针鳍,以及低质量通量的50公斤/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代和125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代。gydF4y2Ba

4结论gydF4y2Ba

膜状冷凝实验两个1.9 -mm-hydraulic-diameter铜优惠券。优惠券是一个普通的矩形通道,另一是修改的交错线2-mm-diameter铜半球。传热测量、电影可视化和压降数据记录为蒸汽冷凝为两个质量通量,50公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba年代和125公斤/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba从0.20到0.97,品质。由此,可以得出以下结论:gydF4y2Ba

•添加铜半球增加了传热系数高达79%,并超过了区域增强率为14%。gydF4y2Ba

•成堆的存在扰乱了凝析油膜,阻止这部电影作为一张光滑的层流流动。gydF4y2Ba

•成堆的高度是重要而提供的所有测试用例和的最大电影深度和降低冷凝液膜热阻的影响。gydF4y2Ba

•改变的方向丘优惠券测试区影响很小,不超过传热系数降低14%的优惠券。gydF4y2Ba

•压力下降高丘优惠券但没有显著的影响方向的变化。gydF4y2Ba

•未来的工作应该包括关注成堆的通道的位置和频率来提高膜状冷凝传热流动。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

GR、我、GH和MD导致的设计研究。GR和CM执行执行的实验和数据分析。GR手稿草案写道。MD和GH修订后的手稿。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

作者欣然承认金融支持NASA合作协议,授予80号nssc18m0030(主要支持项目),NSF资助号1651451(支持雀鳝),和发展中已经代学者计划(CEM)支持。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fther.2022.953051/full补充材料gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba