【摘 要】
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大力发展节能技术,进一步提升能效水平有利于实现我国能源战略目标。热泵是“煤改电”工程中替代锅炉的主要设备,具有制冷制热一体化功能,故要求其核心元件——换热管必须同时具备优异的沸腾性能和优异的冷凝性能。但由于强化沸腾/冷凝原理上的差异,新型沸腾/冷凝强化管的制造是一个极具挑战性的课题。为此,本文提出一种具有亲疏水表面强化沸腾/冷凝管,基于强化管表面的三维翅片结构特点设计制备亲疏水表面,探究具有高覆盖
【基金项目】
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广东省应用型科技研发专项资金项目《第三代高效管壳式换热器关键技术开发及应用》（编号:2015B020238004）; 广东省重点领域研发计划项目《一体化电驱动系统高功率密度油冷电机关键技术研发与示范应用》（编号:2019B090914001）
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大力发展节能技术,进一步提升能效水平有利于实现我国能源战略目标。热泵是“煤改电”工程中替代锅炉的主要设备,具有制冷制热一体化功能,故要求其核心元件——换热管必须同时具备优异的沸腾性能和优异的冷凝性能。但由于强化沸腾/冷凝原理上的差异,新型沸腾/冷凝强化管的制造是一个极具挑战性的课题。为此,本文提出一种具有亲疏水表面强化沸腾/冷凝管,基于强化管表面的三维翅片结构特点设计制备亲疏水表面,探究具有高覆盖率与高稳定性的亲疏水表面的制备方案,研究具有亲疏水表面沸腾/冷凝强化管的沸腾/冷凝传热性能及其强化机理。本文主要工作如下:采用轧切-挤压法制造具有强化沸腾/冷凝传热一体化结构的强化管,并通过正交试验方法,探索在R134A工质下具有最佳沸腾/冷凝性能的外翅片结构参数。以沸腾/冷凝强化管为基础,设计制造单一/混合亲疏水表面。使用接触角测量仪、扫描电镜对亲疏水表面进行表征,并测试不同处理浓度下的亲疏水表面的覆盖率和稳定性。搭建池沸腾和纯蒸汽冷凝传热实验装置,研究亲疏水表面沸腾/冷凝强化管和亲疏水表面光滑管的池沸腾/冷凝性能与沸腾/冷凝时的气泡/液滴行为,分析亲疏水表面与三维翅片结构复合强化传热机理。池沸腾传热实验结果表明,外亲内疏强化管的综合强化沸腾效果最优,尤其在低热流密度下强化效果显著,相比原始沸腾/冷凝强化管沸腾传热系数提高80%。通过可视化研究沸腾气泡行为,发现超亲水表面的气泡更易脱离表面,超疏水表面更易形成连续气膜,外亲内疏表面由于其间隔排布的亲疏水区域可以有效控制气泡脱离尺寸。冷凝传热实验结果表面,超疏水和外亲内疏强化沸腾/冷凝管的冷凝强化效果最优,在实验工况下管外冷凝传热系数为原光滑管的2-2.6倍,为原强化沸腾/冷凝管的1.1-1.4倍;通过可视化研究冷凝过程,发现超疏水和外疏内亲强化沸腾/冷凝管表面呈现滴状冷凝,液滴从超疏水沸腾/冷凝强化管脱离的主要模式为液滴弹跳,而外亲内疏沸腾/冷凝强化管液滴脱离模式为亲水外结构的液滴导流作用。两种高效的液滴脱离模式使这两种表面的沸腾/冷凝强化管具有优异的冷凝传热性能。
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