气候变暖带来的全球性环境变化,使得人们对能源开发利用方式产生了深刻的变化。无论是在能源开发,还是在能源使用方面,人们都不得不考虑能源的使用对环境的产生的影响,这对现有的技术、使用方法提出了更高的要求。在当前的研究背景下,能源领域不得不开发出新一代强化传热技术,以满足日益增长的现实需求。本文提出调控式强化传热,对流体的流动形态、流型特征(流体的速度温度分布,两相流中气液分布)进行针对性调控,优化流体传热效能,使得速度场温度场均匀化,减少无用功的消耗,强化传热的同时大大减少功泵的输出,这种方法将极大地改善现有技术的局限性。主要内容有:(1)多孔调控结构制造成型及其毛细渗透性能测试两相流流型调控结构采用两种多孔材料,一种是金属多孔材料,一种是不锈钢多孔丝网。金属多孔调控结构采用固相烧结成型。烧结样品质量和烧结模具、粉末特性、铜粉填装量、烧结工艺参数及置放方式有关。本文采用一种新颖的陶瓷材料作为烧结模具,其烧结质量优良,为烧结成型提供一个新的方案。多孔金属采用枝状粉末,径粒尺寸为100-125μm的样品有着最优的渗透毛细性能。丝网筒体成型,通过多种焊接方法的选择,本文推荐使用电阻焊成型方法。(2)单相调控结构设计及其性能测试本文设计的S形管状单相调控插入物具有优异的换热性能,最高Nu数为光管的2.7倍,其PEC更是高达2.23–2.7。这主要是因为调控强化结构是根据流体的温度场、速度场特征而设计的。其特殊的几何结构可以使得流体在管内自由流动,不同温度速度流体能够在管内充分混合,从而增加了边界层的温度梯度和速度梯度,最终促使了换热能力的提升。由于是有针对性的设计,因此该结构避免了许多不必要的扰动,大大地减小了流动阻力,获得了最好的PEC值。(3)多孔调控结构两相流运动分析通过可视化实验装置对两相流流型调控的过程进行了仔细的研究,研究结果表明多孔结构能够实现气液分离的功能,能使一般的间歇流转变成环状流,从而大大地加强了换热的性能。此外,本文提出了气相不能进入多孔壁面的条件方程。研究发现,限制气相进入多孔壁面的因素与多孔材料的孔径,流体速度及丝网壁面浸润性有关。(4)多孔调控结构性能分析本文对多孔调控结构冷凝强化性能进行测试。结果显示,金属多孔调控体强化效果良好,其中样品枝状100-125μm最为优秀,其最高传热系数是光管的4.48倍。多孔调控结构强化性能先是随着干度的升高而增大,随后随着干度的升高而降低,这主要是在不同的干度区,两相流型差异太大。当含气率非常低时,调控强化管主导的强化是对液体对流进行强化。当两相为塞状、弹状等间歇流时,调控效果非常明显,间歇流容易形成气走管壁液在中心的环形流,因此,强化效果十分明显。当干度进一步增大时,由于流型已然是环形流,调控强化则演化呈边界层速度效应强化,调控作用开始减弱。