本文關(guān)鍵詞：微液膜對微通道流動沸騰影響機(jī)理的研究

  更多相關(guān)文章： 微通道 流動沸騰 液膜厚度 瞬態(tài)測量 不穩(wěn)定性

【摘要】：微型化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一,隨之而來的是微型器件超高熱流密度散熱問題,微尺度相變換熱由于其具有相變換熱能力強(qiáng)、換熱比面積大等優(yōu)點,可廣泛應(yīng)用于高性能計算機(jī)、激光、微電子、動力、空間及MEMS等新技術(shù)領(lǐng)域中。然而現(xiàn)有的微尺度相變換熱研究結(jié)果還存在一些不足之處,對微尺度相變傳熱機(jī)理的認(rèn)識存在分歧,缺乏普適性的換熱理論模型,此外,微尺度相變換熱中普遍存在的不穩(wěn)定性問題制約著微通道冷卻技術(shù)的發(fā)展,亟需對不穩(wěn)定性發(fā)生的機(jī)理和規(guī)律開展深入研究,以提出有效的控制方法。微尺度條件下,薄液膜蒸發(fā)換熱對流動沸騰起到非常重要的作用,而微通道流動沸騰的不穩(wěn)定性由汽泡急速成長引起的壓力波動引發(fā),從根本上取決于汽泡沿微通道成長過程中形成的薄液膜分布及其時間變化。因此,本文以研究微尺度液膜的傳熱和流動機(jī)理為途徑,旨在闡明微通道(微槽、微管)內(nèi)流動沸騰的傳熱過程和不穩(wěn)定性現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理,并量化相關(guān)規(guī)律。本文首先對常溫條件下微尺度氣液兩相流的底層液膜厚度進(jìn)行了實驗研究,以水、乙醇、FC-72作為工質(zhì),使其流過內(nèi)徑分別為0.5 mm和0.75 mm的石英玻璃管,采用激光共聚焦位移計測量了液膜厚度隨時間的變化,采用高速攝像機(jī)進(jìn)行可視化實驗探究微管內(nèi)部流型以及氣泡速度。得到了氣泡速度、相對滑移速度、空泡份額、汽塞/液塞長度等與液膜厚度的相互關(guān)系,滑移速度、液膜厚度的理論模型與實驗結(jié)果相吻合�；赥aylor流流體動力學(xué)本文開發(fā)了表面張力和粘度物性在線測量的新方法。微通道流動沸騰是一個瞬態(tài)變化的現(xiàn)象,其換熱系數(shù)也隨汽泡的生長、脫離及液體的再潤濕等過程不斷發(fā)生改變。為揭示微通道流動沸騰換熱機(jī)理,本文改進(jìn)了微通道流動沸騰測量技術(shù),采用可視化、液膜厚度、局部壁面溫度和進(jìn)出口壓降同步、瞬態(tài)測量的手段,使空間分辨率達(dá)到20 μm,液膜厚度、壓力、溫度等信號的響應(yīng)時間達(dá)到1ms。實驗以去離子水為流體工質(zhì),微通道內(nèi)徑為0.94 mm,熱流密度范圍在20～120kW/m2,質(zhì)量流量范圍在50～400kg/m2s。通過對微通道壁面涂覆氧化銦錫(ITO)來實現(xiàn)壁面均勻加熱以及可視化研究。采用激光共聚焦位移計測量了微通道流動沸騰過程中液膜厚度的瞬態(tài)變化,得到了液膜厚度瞬態(tài)分布圖,通過理論分析建立了液膜厚度的動力學(xué)變化模型。微通道流動沸騰底層微液膜蒸發(fā)對換熱起到非常重要的作用。本文結(jié)合微通道流動沸騰可視化實驗,定量研究了汽泡成長過程中瞬態(tài)液膜厚度,同時測量壁面瞬態(tài)溫度分布,瞬態(tài)進(jìn)出口壓力分布;從而得到了換熱系數(shù)、壓降等在汽泡核化、生長、脫離等各個階段的瞬態(tài)變化。此外,本文還研究了汽泡成長過程中的不穩(wěn)定性,闡述了微通道流動沸騰不穩(wěn)定性機(jī)理。最后,本文在微通道流動沸騰換熱實驗和機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,通過對三區(qū)理論模型進(jìn)行改進(jìn),建立了微通道流動沸騰下的換熱機(jī)理模型。理論模型預(yù)測結(jié)果顯示低熱流密度下液塞區(qū)對流換熱和薄液膜蒸發(fā)換熱機(jī)理共同促進(jìn)了換熱系數(shù)的提高,而高熱流密度下干涸區(qū)時間增加使換熱系數(shù)降低。改進(jìn)后的瞬態(tài)換熱理論模型可以更好地預(yù)測換熱系數(shù)隨熱流密度的變化規(guī)趨勢,并能更好地反映實驗結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院工程熱物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK124

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白博峰;姜茂;閆鵬;;流動沸騰核態(tài)抑制的實驗研究[J];化學(xué)工程;2008年09期

2 肖波齊;;過冷流動沸騰分形特性的研究[J];三明學(xué)院學(xué)報;2009年02期

3 邵雪鋒;李祥東;汪榮順;;液氮流動沸騰數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J];低溫工程;2011年04期

4 彭曉峰,王補宣;微型槽內(nèi)流動沸騰的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;1993年03期

5 顏曉虹;唐大偉;王際輝;;利用紅外溫度測量方式預(yù)測微管內(nèi)流動沸騰流型[J];工程熱物理學(xué)報;2006年04期

6 丁國忠;黃素逸;蘇順玉;舒水明;;環(huán)形狹縫通道中流動沸騰干涸點的實驗研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年04期

7 姜茂;白博峰;;流動沸騰空穴核化機(jī)理的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;2008年03期

8 付鑫;齊守良;張鵬;王如竹;;小通道內(nèi)液氮流動沸騰的可視化研究[J];工程熱物理學(xué)報;2008年06期

9 魏敬華;潘良明;徐建軍;黃彥平;;附加慣性力作用下豎直矩形流道內(nèi)過冷流動沸騰的數(shù)值模擬[J];化工學(xué)報;2011年05期

10 劉傳成;閻昌琪;孫立成;陳炳德;幸奠川;;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力實驗與計算方法研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張鵬;齊守良;王如竹;;微細(xì)通道中液氮流動沸騰的不穩(wěn)定性[A];第八屆全國低溫工程大會暨中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)2007年度學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

2 陳高飛;公茂瓊;吳劍峰;汪勝;;非共沸混合工質(zhì)流動沸騰參數(shù)計算方法研究[A];走中國創(chuàng)造之路——2011中國制冷學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

3 王林偉;徐豐;田婷婷;劉昊;;飽和流動沸騰中孤立氣泡行為的三維數(shù)值模擬[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

4 韓東;黃棟;高璞珍;陳勇;呂路路;;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性實驗研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報告（第二卷）——中國核學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集第3冊（核能動力分卷（下））[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 銀了飛;微細(xì)通道流動沸騰氣泡受限行為特性實驗研究[D];北京交通大學(xué);2015年

2 陳金波;低壓豎直加熱通道內(nèi)間歇式兩相流動不穩(wěn)定性研究[D];上海交通大學(xué);2015年

3 孫彥紅;微液膜對微通道流動沸騰影響機(jī)理的研究[D];中國科學(xué)院工程熱物理研究所;2017年

4 顏曉虹;微細(xì)通道內(nèi)流動沸騰的實驗和理論研究[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2006年

5 常威;矩形細(xì)通道內(nèi)流動沸騰特性分析及實驗研究[D];山東大學(xué);2012年

6 譚魯志;流動沸騰臨界熱流密度的流體模化研究[D];山東大學(xué);2013年

7 付鑫;微細(xì)通道內(nèi)液氮流動沸騰熱物理特性與機(jī)理的可視化研究[D];上海交通大學(xué);2011年

8 林曦鵬;PDMS微槽道內(nèi)微加熱片表面流動沸騰特性研究[D];清華大學(xué);2013年

9 郭雷;微細(xì)通道流動沸騰換熱機(jī)理及實驗研究[D];山東大學(xué);2011年

10 孫巖;微/小通道內(nèi)微多孔表面流動沸騰傳熱強(qiáng)化研究[D];華東理工大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳沖;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰特性及CHF點的實驗與數(shù)值模擬[D];江蘇大學(xué);2016年

2 何斌;R134a在微小通道內(nèi)的流動沸騰換熱特性研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

3 謝鳴宇;不同表面能微細(xì)通道流動沸騰壓降研究及動態(tài)響應(yīng)特性分析[D];華南理工大學(xué);2016年

4 李曉花;動力型熱管內(nèi)R134a流動沸騰過程的特性研究[D];青島大學(xué);2016年

5 劉偉;非均勻加熱條件下螺旋管內(nèi)流動沸騰換熱特性[D];重慶大學(xué);2016年

6 王宇飛;水平管內(nèi)流動沸騰不穩(wěn)定性特征及其調(diào)控研究[D];浙江大學(xué);2017年

7 王碩;微細(xì)通道內(nèi)流動沸騰實驗研究[D];北京交通大學(xué);2011年

8 索羅(Mungai Solomon Kinuthia);電鍍微孔表面對過冷流動沸騰傳熱強(qiáng)化的研究[D];大連海事大學(xué);2016年

9 劉傳成;搖擺運動下矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

10 王欣;沿程加熱虹吸泵內(nèi)流動沸騰的數(shù)值模擬[D];東華大學(xué);2016年

，

本文編號：1290282