微通道内流动沸腾气泡生长特性数值研究

利用FLUENT软件,采用VOF多相流模型对水在矩形微通道内流动沸腾过程中气泡的生长进行了数值模拟,分析了壁面热流密度、入口质量通量和接触角对气泡生长速率的影响,并得到了气泡周围的温度和压力分布。结果表明,壁面热流密度和质量通量的增大导致气泡生长速度的增加,而最小的接触角有最大的气泡生长速度,气泡边界上的温度梯度和压力梯度都较大。     

多孔材料微通道流动沸腾可视化实验研究

微通道换热器因其结构紧凑、换热能力高、工质消耗少等优点成为解决微小空间"散热难"问题的有效途径之一,采用多孔材料制作的微通道热沉能够极大地增加换热面体比,因而可以进一步提高其换热能力.本文利用可视化手段对槽道翅片顶部与盖板间留有狭缝、通道截面为矩形(400 μm×600 μm)的开放型多孔微通道的流动沸腾现象进行实验研...     

微通道局部加热气泡动力学实验研究

实验研究了在水平放置的低高宽比聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微槽道(300μm×60μm)内的局部位置给予恒定热流密度条件下气泡的核化沸腾、生长和运动情况,实验中的工质采用FC-72,并用真空泵抽至室温下的饱和气压。研究发现微通道内起始沸腾需要比常规槽道更大的壁面过热度,液体流量和加热速率对气泡的生长和运动有很大的影响。     

HFE-7100平行微通道流动沸腾实验

微通道流动沸腾冷却技术兼具相变潜热和微尺度效应的诸多优点,是解决微电子器件热致失效问题的重要方法之一. HFE-7100是一种安全环保的电子氟化液,特别适用于微电子器件的冷却.本文在水力直径为0.5 mm的矩形平行微通道内,对HFE-7100的流动沸腾传热和两相流动特性进行了实验研究,测量范围为常压下质量流率88.9—277.8 kg·m^–2·s^–1、入口过冷度20.5—35.5℃和有效热流密度12—279 kW·m^–2.本文分析了质量流率、入口过冷度、有效热流密度和干度对传热系数和压降的影响,发现在较低的入口过冷度下HFE-7100出现了沸腾迟滞现象,且增大入口过冷度和质量流率会延缓沸腾起始点的发生,且会提高传热系数和临界热流密度.两相压降受有效热流密度影响较大,且在定干度下不同质量流率的两相压降在塞状流和环状流阶段有明显差异.同时,通过观测两相流型,对流动沸腾传热现象进行了分析.本文还将两相压降实验数据与文献关联式预测值进行了对比,与Lockhart提出的关联式预测值偏差为19.6%.本文研究结果可为微电子器件散热设...     

微通道热沉内液氮流动沸腾的换热特性

本文研究了流最为50.1～880.5 kgm-2s-1,干度为0.01～0.25范围内微通道热沉内液氮流动沸腾的换热特性.热沉基材为一块长宽厚为50 min×30 mm×4 mm的不锈钢板,钢板上加工有宽1.0 mm,深2.0 mm的9个通道.实验结果表明在定热流密度条件下,热沉表面温度分布很不均匀,这主要是由微通道内...     

微通道内流动沸腾换热特性实验研究

采用实验方法对制冷剂R134a在内径为1.98mm的水平光滑铜管内的流动沸腾换热特性进行研究。试验中,质量流速范围720~900kg/(m~2·s),热流密度范围19~28k W/m~2,系统压力0.7MPa和0.81MPa(饱和温度为26.8℃、31.4℃)和干度范围0~0.65。结果表明:质量流速对换热系数的影响较大,随着质量流速的增大而增大;在低干度区,热流密度对换热系数的影响较大,换热系数随干度的增加近似成单调增加;系统压力对换热系数也有明显的影响;将试验结果与Sun-Mishima公式和Liu-Winterton公式进行比较,发现试验结果与Sun-Mishima公式计算值吻合度较高,最大误差为14.1%。     

R32/R134a在微通道内流动沸腾特性

研究非共沸混合工质R32/R134a(质量比,25%/75%)在水平微尺度通道内流动沸腾换热规律。在各种工况下进行了非共沸混合工质R32/R134a在水平微尺度管道内流动沸腾换热的实验,考察了质量流量G、热流密度q、质量干度x对微尺度通道内流动沸腾换热系数的影响。研究表明:在热流密度、质量流量都较低的区域,对细管道,换热系数与热流密度的关联度较大;而对微管道,换热系数受影响的因素比较多,并在干度为0.6时出现"干涸"现象,使得换热系数急剧下降。在质量流量高的区域,对细管道,热流密度对换热系数的影响很小;而对微尺度管道,当干度为0.06时换热系数发生转变,随质量干度的增加先减小后增大,热流密度增大到一定的阶段后,换热系数不再随热流密度变化。     

间断型波纹微通道内沸腾换热特性研究

本文通过MEMS技术设计并加工出一种间断型波纹微通道。采用丙酮为工质,借助高速同步测量系统对间断型波纹微通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。通过与传统的矩形直通道对比,分析了两种微通道的流型、换热系数和底面温度分布。实验结果表明:间断型波纹微通道的出口处能维持稳定的环状流,有效推迟了局部干涸。由于特殊的壁面结构能提升沸腾换热性能,所以间断型波纹微通道的换热系数要高于矩形直通道,增幅接近70%。相同工况下,间断型波纹微通道底面温差更小,提供了更好的温度分布均匀性。     

微米线结构表面的过冷流动沸腾实验研究

以去离子水为工质,配合高速摄像观测,研究了截面为0.5 mmx5mm的微细窄矩形通道内氧化锌微米线结构表面的竖直流动过冷沸腾.流量范围200～400 kg·m-2s-1,过冷度为10 K,热流密度最高为200 kW·m-2.分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均换热系数、局部换热系数和流型特征.     

环形小通道内过冷沸腾的气泡行为研究

本文对去离子水在竖直环形小通道内流动过冷沸腾时的气泡行为进行了可视化研究,观察到了气泡在流动沸腾过程中的生长,合并,脱离,滑移及气泡脱离壁面后的运动等现象,并结合气泡动力学理论模型及气泡滑移模型,对实验结果进行了对比分析,总结了本实验通道中气泡行为的特性。     

微通道内沸腾流动与传热特性耦合机理研究

以水为工质,模拟研究不同条件下水平矩形微通道沸腾流动过程中气泡发生发展及流型演变与温度、压力、传热系数的耦合关系。结果表明：持续吸热的弹状流会占据通道大部分流动区域,易造成堵塞和局部高温;泡状流区域压力波动幅度较小,较长弹状气泡和大雷诺数均会导致较大的局部压降;升高热流密度减小了单相区长度,强化了核态沸腾,提高了通道整体传热性能;增大雷诺数使得通道内气泡尺寸减小,减少了两相流动的不稳定与堵塞现象,通道整体传热性能得以提升。     

微通道气液同向流动中气泡射流特性

利用高速CCD成像技术,本文研究了梯形横截面微通道内的气泡喷射流动.通过调节同向流动时空气和水流量,研究了气泡形成的大小和频率等变化特性;以及微通道内的流型变化.实验结果表明,气泡喷射频率随空气流量的增加而增大,同时随水流量的增加而上升,且上升幅度渐趋平缓.     

微尺度水平单管内流动沸腾特性实验研究

对非共沸混合工质R134a/R32(75/25)在水平微尺度管道内的流动沸腾换热实验结果进行了分析和讨论,以探究微细通道内流动沸腾换热的主导机制。对影响其换热的多种因素(热流密度、质量流量和质量干度)进行了分析,实验得出,当质量干度较低时,热流密度和质量流量共同控制着微尺度管内的换热方式,当热流密度的影响占主导地位时,管道内的换热以核态沸腾为主;当质量流量的影响占主导地位时,管道内的换热以强制对流为主。     

竖直矩形窄缝通道过冷流动沸腾的实验研究

本文以去离子水为实验工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷流动沸腾的气泡特性进行了实验研究。通过可视化实验分析发现,汽化核心密度主要受壁面过热度影响,气泡脱离直径受壁面过热度、主流过冷度以及质量流速影响。拟合了汽化核心密度和气泡脱离直径的经验关系式,预测结果与实验值误差较小。     

同向流动微气泡产生与分裂的实验研究

本文使用高速CCD可视化技术研究硅微通道内气液等温同向流动微气泡形成过程.作为离散相的空气和连续相的水,流经各自通道后汇聚在主通道前段;在一定的流量比值范围内,连续产生大小均匀的微气泡;发现存在bubbling和jetting两种微气泡形成模式.气泡产生频率随空气和水的流速增大而增加.最后研究了气泡在T型微通道出口处的行为,观察到分裂和不分裂两种形式并进行了分析.     

芯片微通道沸腾相变过程中流动交变现象探析

亚微米芯片通道中的沸腾相变极不稳定,在某些条件下,在芯片微通道的同一位置处会出现不同相态流体的交变现象,并伴随有剧烈的热力参数波动。本文通过显微观测和高速摄影技术,对芯片微通道沸腾相变过程中不同相态流体交变现象的成因及特点进行了揭示和分析,这对认识高热流密度条件下芯片微热沉中的流动非稳定性问题具有重要意义。     

单柱微通道流动沸腾换热数值模拟研究

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。     

流量分配对逆流微通道内流动沸腾影响的研究

微通道内的沸腾两相流动是解决高热流密度下微电子设备散热最有潜力的手段之一。本文基于逆流式微通道热沉设计,实验研究了不同流量调配下逆流式微通道内的流动沸腾特性。讨论了流量分配对微通道内流动沸腾过程中传热特性、压降分布和壁面温度演化规律的影响。实验结果表明：当逆流式通道两侧的质量流量相同时,壁面呈现较好的温度均匀性,且两侧流动压降基本保持一致。两侧流量相差越大,其对应最大两相压降偏差越大。逆流式微通道的壁面温度分布和局部热点的位置可以通过改变两侧质量流量的大小实现有效控制。同时,微通道内流体的演化周期同样可以根据两侧质量流量的高低实现调控。     

过冷沸腾气泡行为的实验研究

本文采用拍摄速度为10000帧/秒的高速摄影仪对不锈钢箔表面的过冷沸腾现象进行了可视化实验研究。实验结果与用微液层模型理论预测的结果一致。高过冷度区域的沸腾换热机理主要是由气泡生长、消失过程中温度边界层的强制排除(所谓强制对流)引起的。气泡周期主要由等待时间构成,这在过冷度高的情况下尤为显著。对等热流密度换热面,微液层模型预测的气泡周期与实验值比较吻合。