圆柱骤冷沸腾表面热流密度反演及沸腾传热特性研究的开题报告.docx

圆柱骤冷沸腾表面热流密度反演及沸腾传热特性研究的开题报告
一、论文选题的依据和意义
在热工学领域中，沸腾传热是一种常见的现象，具有重要的工程应用价值，尤其是在核反应堆和化工厂的热交换器中。沸腾传热是将工质通过加热使得表面温度增加，从而导致沸腾现象的发生，工质在沸腾过程中快速蒸发和冷凝，从而引起了大量的传热，相比于对流传热和辐射传热，沸腾传热在热工体系中有着更高的热传输效率。然而，在某些情况下，如冷却各种电子设备时（例如计算机的CPU散热器），更好的沸腾传热性能会使整个系统更加稳定，避免因过度加热而损坏内部元件的风险。因此，沸腾传热的研究对于优化热交换器、设计散热器以及改善能源利用效率和设备的稳定性等方面都具有非常重要的实用意义。
在目前的沸腾传热研究实践中，研究人员通常会尝试建立数值模型来模拟沸腾过程，以便更好地理解沸腾现象和热传输机制，并最终以改进设备设计以达到更高的能效。然而，由于沸腾传热现象的复杂性，尤其是在微观尺度上发生的沸腾现象，往往需要动用大量的时间和计算力，因此建立高速而准确的传热数值模型是一个显然的研究难点。
在此背景下，目前的研究重心逐渐转向更有效的热流密度反演方法，尤其是对新的微观尺度的涌泉沸腾实验结合严格的传热数值模型的应用，以建立更具准确性的沸腾模型进行沸腾传热特性分析和优化设计，这也促使本文的选题与研究。
二、研究内容
本文主要研究圆柱骤冷沸腾表面热流密度反演及沸腾传热特性。具体而言，通过开展严格的实验研究，结合高级数值计算方法，重点研究以下问题：
(1)在涌泉沸腾实验中，如何准确测定圆柱骤冷沸腾表面的温度变化以及热流密度分布规律？本文将优化涌泉沸腾实验设计，并采用先进的实验仪器，以尽可能减小误差并提高实验结果的可靠性；
(2)在确定实验数据后，如何建立基于热流密度反演方法的传热模型，以分析涌泉沸腾现象并研究传热特性？本文将结合计算机辅助数值模拟的技术，使用热流密度反演方法，建立合适的微观传热模型；
(3)通过理论模型和实验数据的交叉验证，分析骤冷沸腾传热特性。本文将利用实验数据和数值模拟结果来验证传热模型的准确性，进一步研究骤冷沸腾的传热特性，并提出改进设计建议。
三、研究方法和步骤
本文的研究方法和步骤如下：
(1)研究高渡数的涌泉沸腾实验，并通过热像仪、传感器等高科技仪器及控制系统，实时测量骤冷沸腾测试样品表面的温度，以及实验系统内部的各种参数（如压力、流速等）。
(2)利用得到的实验数据，研究并建立基于热流密度反演方法的传热模型，并借助高级数值计算指令实现算法优化。这里所利用的方法包括有限元方法、有限体积法等，以模拟骤冷沸腾表面的热流密度分布规律。
(3)在建立的传热模型下，使用计算机模拟的方法，结合实验数据的分析，对骤冷沸腾传热特性作出分析评估。这里所研究的分析内容包括骤冷沸腾表面的热流密度、传热性能、沸腾稳定性等。
四、预期成果
本文将通过实验和理论相结合的方法，研究基于热流密度反演方法的圆柱骤冷沸腾表面热流密度反演及沸腾传热特性。预期本文的研究成果包括：
(1)建立高渡数圆柱骤冷沸腾表面热流密度分布模型，分析基于热流密度反演方法的准确性、建模复杂度等问题；
(2)详细分析骤冷沸腾表面的传热特性、热流密度分布规律及沸腾稳定性，进而优化骤冷沸腾传热设计；
(3)发表相关领域的学术论文和科技论文，为实现沸腾传热技术在实际工程中的应用做出贡献。
五、研究的可行性
本文的研究方向是基于热流密度反演方法的圆柱骤冷沸腾表面热流密度反演及沸腾传热特性，本文所采用的方法和步骤都是相对合理和可行的。首先，圆柱骤冷沸腾表面的热流密度密度分布规律重要性被广泛认同，而本文所采用的热流密度反演方法也已经被证明是制定沸腾传热模拟的最佳和最简单的方法之一。同时，在处理实验数据和模拟计算的过程中，本文运用于先进的仪器和高科技硬件配置，有助于提高实验结果的精度和模拟效率。因此，本文所提出的研究方案可行性高，且有望为沸腾传热研究领域的实际工程应用提供贡献。