针对CO2水平微细管内流动沸腾换热流态及流态转变特性进行实验研究。实验工况：热流密度（5-35 k W/m^2）、质量流率（50-600 kg/（m^2·s））、饱和温度（-40-0℃）、管径（0.5-1.5 mm）。实验表明：CO2在微细管内实际流态分别是泡状流、弹状流、间歇流、层流、波状流、混状流、环状流和雾状流;干涸过程中的流态主要为环状流-雾状流、波状流-雾状流的过程及不稳定的环状流;通过理论计算获得CO2微细管内流动沸腾换热流态图,流态图显示热流密度对高干度区域流态转变有显著影响,质量流率大小直接决定了换热过程所经历的流态;不同饱和温度工质热物性不同改变了流型;理论分析所采用的流态形式与实际CO2在微细管内所具有的流态类型基本一致。
针对二氧化碳作为制冷剂在微细通道内两相流沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与传热系数实验研究,定量与定性地分析了热通量2~35 k W·m-2,饱和温度-10~10℃工况时,内径为1、2、3 mm圆管内的传热系数。实验结果表明：当质量流率增加时干涸起始干度逐渐降低,当质量流率小于临界值时,干涸现象结束之后,传热系数随着质量流率增加基本维持不变,而当质量流率大于临界值时,干涸现象结束之后,随着质量流率增加传热系数相应增加;随着管径增加,干涸发生的质量流率越小,临界热通量越大,同时管径越小传热系数越高。
对CO_2在水平微细管内流动沸腾换热进行了实验研究。实验工况:饱和温度-40~0℃,热通量5~35 k W·m^(-2),质量流率200~1500 kg·m^(-2)·s^(-1),管径1.5 mm。实验结果表明:热通量增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响,同时加快干涸发展进程,降低干涸起始干度;质量流率对于传热系数的影响较小,随着质量流率的增加干涸起始干度降低,干涸后的传热系数有所增加;饱和温度对CO_2物性的影响是造成其不同工况时换热特性差异的主要原因,饱和温度升高干涸起始干度具有降低的趋势,且干涸后传热系数下降更为剧烈。通过与理论预测模型的对比研究:Cheng模型对干涸前具有较高的预测精度,在30%误差带内预测精度达到77.1%,绝对平均偏差为20.5%,干涸后对应预测精度比与绝对平均偏差仅为22.9%与57.8%。
