微細(xì)通道內(nèi)低沸點(diǎn)工質(zhì)流動(dòng)沸騰特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以高速列車IGBT、航天航空載運(yùn)工具和高熱流密度電子設(shè)備散熱為研究背景,對(duì)微細(xì)尺度平行通道內(nèi)低沸點(diǎn)工質(zhì)流動(dòng)沸騰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究。研究內(nèi)容包括:流動(dòng)沸騰中流型和流型間轉(zhuǎn)換,換熱特性和換熱模型,不穩(wěn)定流動(dòng)對(duì)多通道內(nèi)流動(dòng)沸騰摩擦壓降的影響,并分別對(duì)主要流型間轉(zhuǎn)換,換熱機(jī)理和摩擦壓降建立數(shù)學(xué)模型,提出相應(yīng)的預(yù)測關(guān)聯(lián)式。
　　流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)中,隨干度的上升依次觀察到泡狀流,塞狀流,攪拌流,液塞流和環(huán)狀流,并通過可視實(shí)驗(yàn),對(duì)相鄰流型間的轉(zhuǎn)

2、換機(jī)理進(jìn)行理論分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,塞狀流中活化核心密度隨沸騰數(shù)增長的速度大于泡狀流中增長速度,從而提出泡狀流-塞狀流轉(zhuǎn)換判據(jù)。通過與其他學(xué)者的判別式和數(shù)據(jù)比較,本文中的判別式對(duì)泡狀流-塞狀流轉(zhuǎn)換有較好的預(yù)測能力。
　　在微通道流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)中,相同質(zhì)量流速的換熱系數(shù)隨干度的增大呈“馬鞍”型曲線。結(jié)合可視觀察,“馬鞍”型曲線的兩個(gè)頂點(diǎn)和凹點(diǎn)分別為塞狀流,環(huán)狀流初期和攪拌流。由于環(huán)狀流初期較易發(fā)展到燒干狀態(tài),導(dǎo)致溫度驟升,塞狀流更適

3、用于高熱流密度設(shè)備的散熱。因此基于薄液膜蒸發(fā),Marangoni效應(yīng)和微尺度的影響,建立塞狀流傳熱模型,并提出塞狀流相變吸熱量的表達(dá)式和塞狀流蒸發(fā)系數(shù)對(duì)Li-Wu換熱關(guān)聯(lián)式修正。通過與732個(gè)塞狀流換熱數(shù)據(jù)比較,修正的換熱關(guān)聯(lián)式對(duì)微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰塞狀流換熱系數(shù)預(yù)測的誤差為25.41％,表明較好的預(yù)測結(jié)果。
　　通過對(duì)比單通道與多通道內(nèi)流動(dòng)沸騰摩擦壓降發(fā)現(xiàn),在相同干度范圍內(nèi)多通道內(nèi)壓降大于單通道內(nèi)壓降,但多通道內(nèi)的壓降變化范圍小于單

4、通道內(nèi)的壓降變化范圍。結(jié)合可視觀察和實(shí)時(shí)壓降記錄,多通道內(nèi)的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象比單通道內(nèi)更為明顯,而且多通道內(nèi)實(shí)時(shí)壓降更高,波動(dòng)范圍更大。因此基于不穩(wěn)定流動(dòng)中氣塞的生長特性,建立氣塞生長的能量守恒方程,得到氣塞界面生長速度,并提出不穩(wěn)定流動(dòng)摩擦因子?；谄叫卸嗤ǖ乐型ǖ罃?shù)量和通道長徑比對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)的影響,提出結(jié)構(gòu)因子。結(jié)合不穩(wěn)定流動(dòng)摩擦因子和結(jié)構(gòu)因子,對(duì)均相流摩擦壓降關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正,提出適用于多通道流動(dòng)沸騰的摩擦壓降關(guān)聯(lián)式。與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,