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1、微/小通道内微多孔表面流动沸腾传热强化研究0推荐导出 添加到引用通知 分享到| 下载PDF阅读器 微尺度通道在高功率电子芯片的冷却、强放热反应的取热、航空航天领域都有重要的应用潜力。微尺度下的流体流动与传热问题也一直是相关领域的研究热点。微多孔表面可以显著强化液体介质的沸腾传热。将微多孔表面与微尺度通道相结合，可以在保证紧凑性的同时大幅提高设备的换热性能。本文开展了微/小通道内微多孔表面的流动沸腾传热强化研究。主要研究内容及成果如下： 1.以水和制冷剂FC-72为介质，实验研究了微/小通道内微多孔表面的传热强化性能及其影响因素。(1)研究了微多孔层的结构参数(包括颗粒直径和微多孔层厚度)对传热
2、强化性能的影响。获得了针对不同介质的最佳颗粒直径和厚度。(2)研究了介质的质量流速对微多孔表面强化性能的作用规律。发现增大质量流速，有利于微多孔表面降低沸腾起始过热度；降低质量流速，有利于提高微多孔表面对流动沸腾传热的强化效果，但同时会降低临界热流密度(CHF)。(3)研究了介质的入口过冷度对微多孔表面强化效果的影响。结果表明增加介质的入口过冷度，不仅有利于微多孔表面降低沸腾起始过热度，而且有利于提高过冷流动沸腾区的传热系数强化因子。在微多孔表面结构参数最佳、质量流速和入口过冷度合理的条件下，流动沸腾传热系数最高可达光滑表面的3倍(水)和8倍(FC-72)左右，沸腾传热的壁面过热度降低约10K
3、。 2.对微/小通道内微多孔表面的流动沸腾传热进行了高速摄影可视化研究。(1)获得了不同质量含气率条件下，微/小通道内微多孔表面和光滑表面流动沸腾时的气泡形貌和流型。发现矩形截面微/小通道内，两种表面的流型均可以分为孤立气泡流、合并气泡流和环状流。通过结合传热性能实验结果和气泡形貌照片，分析了不同流型下两种表面的传热机制。其中，在合并汽泡流范围内，微多孔表面的流动沸腾传热是核态沸腾机制主导的，传热系数强化因子也因此达到最大。(2)采用高速摄影技术记录了孤立气泡流区域微多孔表面和光滑表面气泡生长、脱离的过程，对比分析了两种表面的气泡脱离直径、脱离频率和汽化核心密度，揭示了微多孔表面的流动沸腾传热
4、强化机理。与光滑表面相比，微多孔表面的气泡脱离直径减小约4050，而气泡脱离频率最大可以提高约2倍，汽化核心密度最大可以提高约500倍。因此，微多孔表面可以通过大幅强化核态沸腾实现显著的传热强化。 3.研究了微/小通道内的尺度效应对微多孔表面流动沸腾传热强化性能的影响。(1)通过对比实验结果与经验关联式预测值，发现尺度效应会使传热特性显著偏离于宏观管内的情况。微/小通道内的尺度效应对流动沸腾的影响主要表现为壁面对气泡的限制作用。限制效应提高了光滑表面在低质量含气率范围内的传热性能，但大幅恶化高质量含气率下的传热性能。(2)研究了尺度效应对微多孔表面流动沸腾传热强化性能的作用规律。实验结果表明，
5、引入微多孔表面后，低质量含气率下的限制效应不利于微多孔表面的传热强化。在高质量含气率范围内，微多孔表面能通过提高大量的汽化核心，缓解了限制效应对传热的恶化并延迟局部蒸干的出现。(3)通过实验证明了限制效应受到介质质量流速和通道截面尺寸的共同影响。降低介质的质量流速或降低通道高度，均会加强两种表面的限制效应，而且微多孔表面的引入扩大了介质质量流速对限制效应的影响范围。1. 实验制备微纳多孔表面结构 冷喷涂技术能否完美达到要求，对制备的成品需要电子显微镜扫描2. 试验台的搭建3. 可研究方向众多，1）冷喷涂技术形成微纳多空表面的结构技术研究 2）冷喷涂技术所形成的微纳多空表面的优势。 4. 此课题可以采用实验加模拟的方法,动手实验环节比较多，材料制备出后还要对多空材料进行测量。孔隙率、多空层的厚度5沸腾传热实验，微纳多空表面与光滑表面的对比分析，主要突出微纳多空表面的那几点优势。还可以是一些有利于沸腾换热的现象对比实验，比如气化核心的数目，气泡的行为研究。FLUENT对气泡行为的模拟研究加高像素下的对比。
