V形微槽内沸腾液体的流动阻力特性

本文报道纯工质在V形微槽内流动沸腾的流动阻力特性，给出了实验结果，并与有关报道的结果进行了比较，分析了流速和微槽结构参数对流动阻力特性的影响。     

微槽内二元混合液体的流动沸腾

1引言微型结构由于其巨大的应用潜力，作为热控制和冷却的有效手段已被引入电子集成电路、生物医学、航天、高效紧凑式与微型换热器、材料加工等现代高新技术领域。由于相交换热能传递更多的热量，微结构中的流动沸腾受到了日益重视。但微通道中流体流动和换热的特性当然与所用工质有关。微通道内液体混合物的流动沸腾至今极少见到公开报道［‘］。彭和王等人l‘－‘］报道了对微通道和微槽结构内单组元液体流动沸腾的研究，发现起始沸腾点所需壁面过热度比常规尺度槽道内的低得多，没有明显的部分核沸腾现象，同时发现微槽尺寸对流动沸腾的…     

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。     

FRICTIONAL FLOW CHARACTERISTICS OF WATER FLOWING THROUGH RECTANGULAR MICROCHANNELS

Experiments were conducted to investigate the flow characteristics of water flowing through rectangular microchannels having hydraulic diameters of 0.133-0.367 mm and H/W ratios of 0.333-1. Experimental results indicated that the laminar flow transition occurred at Reynolds numbers of 200-700. This critical Re for the laminar transition was strongly affected by the hydraulic diameter, decreasing with corresponding decreases in the microchannel. In addition, the size of the transition range was diminished and fully developed turbulent flow also occurred at much lower Re. The friction behavior of both the laminar and turbulent flow was found to depart from the classical thermqfluid correlations. lite friction factor, f, was found to be proportional to Re^?1.98 rather than Re for the laminar condition, and proportional to Re^?1.72i for turbulent flow. The geometric parameters, hydraulic diameter, and H/W were found to be the most important parameters and had a critical effect on the flow. Generally, increasing the ratio H/W increases the friction factor. The reduction of the microchannel hydraulic radius decreases the friction factor significantly for a given H/W. There exists a special range of ratio H/W (approximately 0.5 mm) at which the experimental data are lower than the predictions obtained from classical correlations. Continued reduction of channel size increases the difference between f_I,expf_1,theo at RE_cri, and the quantity of f_I,exp becomes smaller within the region adjacent to H/W = 0.5, and larger when H /Wis out of this region.     

微槽结构和工质对槽内流动沸腾的影响

本文报道实验测试甲醇等低沸点工质在微槽内流动沸腾特性的结果，并对所呈现的起始沸腾区有明显壁温回落等现象作出分析，从而在一定程度上揭示出微型槽道和工质本身特性对流动沸腾特性的影响。     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.     

具有微槽的圆管流动沸腾实验研究

1引言行化行业大量的立、卧式重沸器等中都涉及沸腾相变传热。超大规模集成电路的正常工作需要具有10’W／m’量级甚至更高的散热能力山，航天热环境控制也同样要求在小温差下具有极高的散热强度问。对于这些高热流、低温差传热问题，往往也采用沸腾相变的方法解决。沸腾强化技术研究有很长历史，已发展出许多有效的方法，Thome问对过去数十年的工作做了系统的综述。具有烧结多孔表面薄展的HIGHFLUX管则，机加工扩展表面的THERMOEXEC－E管问，西德研制的GEWA－T管问，虽然在强化池沸腾时具有优异性能，很少用于强化流动沸腾。在…     

环状狭缝通道流动沸腾换热的实验研究

以蒸馏水为工质进行了实验研究。分析了影响流动总压降的因素,给出了计算摩擦压降的经验关系式,实验数据与计算结果误差约±15％,此关系式可以用来预测该实验范围内的摩擦压降。同时还给出了计算流动沸腾传热系数的经验关系式,实验数据与计算结果误差为-17％～13％,此关系式可以用来预测该实验范围内的流动沸腾传热系数。     

三角形微通道流动冷凝的实验研究

实验研究了三角形硅微通道中的流动冷凝.通道中的冷凝流型沿程主要有珠状流、环状流、喷射流和弹状-泡状流等.在同一通道中,喷射流位置随着工质流量的增大而延后;在相同蒸气入口雷诺数下,喷射流位置则随着通道尺度的增大而延后.喷射流频率随着蒸气入口雷诺数和冷凝液韦伯数的增大而增大.较小水力直径的三角形通道中的流动冷凝不稳定性较高.冷凝通道的壁面温度呈沿程下降趋势.在同一通道中,流动冷凝的平均冷凝传热系数和平均努塞尔数,皆随着蒸气入口雷诺数的增大而增大,通道尺度的减小显著强化冷凝传热.     

矩形微通道中环状冷凝的数值模拟

建立了一套恒热流边界条件下矩形微通道内环状冷凝过程的一维稳态模型,进行了数值计算,并将数值模拟结果与正三角形中的冷凝过程进行了比较.研究显示,在不同截面的微通道中,液相毛细半径和流速的沿程变化趋势都是相似的.同条件下,矩形通道的冷凝段长度大于正三角形通道.在矩形微通道中,通道入口蒸气压力和水力直径越大或者接触角越小,则冷凝段长度越长.     

粗糙度与气体稀薄性对微尺度流动特性的影响

对氮气和氦气在粗糙微通道以及光滑微通道内流动进行了阻力特性实验研究。实验结果表明,即使在较小的相对粗糙度高度下,由于微通道中的粗糙度分布密集,会极大地增加流动阻力,这是导致文献中微通道流动阻力系数实验值相互偏差的主要原因之一;而对于滑移区的气体流动,气体稀薄性使流动阻力明显减小而导致流量增加。     

硅微通道凝结相变过程中的喷射流现象与分析

喷射流是微通道凝结相变过程中环状流向泡塞状流演变过程中的一种独特相变流动形式.借助于显微可视化技术,本文对水力直径为77.5 μm的梯形硅片微通道中的蒸汽喷射流动现象进行了报道,分析了喷射流的形成机制和影响因素,给出了硅微通道中喷射流发生部位与Re数和Bo数的关系式.研究结果对认识微通道凝结流型演变规律具有重要意义.     

构形树状小通道内的流动沸腾换热特性

本文建立了构形树状小通道内流动沸腾换热模型,数值研究了树状通道网络内的流动沸腾换热特性,并与具有相同换热面积、入口直径的蛇形通道就泵功消耗、流动沸腾压降、通道温度变化和热有效性等指标进行了性能对比分析。研究表明,与蛇形通道相比,构形通道具有流动沸腾压降、泵功消耗小的优势,且其温度均匀性、热有效性也均优于蛇形通道。当热流密度为20 W/cm~2时,构形树状通道内流体的泵功消耗约为蛇形通道的一半,其热有效性为蛇形通道的1.9倍。     

微小圆通道内流动沸腾换热特性的研究

微小通道内相变换热具有热流密度高、单位体积内换热面积大、结构紧凑等特点,成为高效紧凑式换热器设计的重要途径。本文以氟利昂R113为工质,完成了0.7、1.1和1.4 mm的圆形小通道内的流动沸腾实验,对小通道内流动沸腾换热特性进行了分析,拟合了计算沸腾换热特性的实验关联式,为工程实际应用提供参考。     

粗糙微通道内气体流动的分子动力学研究

为研究粗糙度对微通道内气体流动及其边界滑移性质的影响,采用分子动力学模拟方法研究了氩气在0.1 μm铂通道内的流动,通道表面粗糙度由三角粗糙元阵列构成。气体流动的边界条件决定于2个准则数: A/λ和Kn=λ/L(其中A为壁面粗糙度、λ为气体分子的平均自由程、L为流动系统的尺度)。Maxwell基于Kn的滑移模型当A/λ<0.25时适用;A/λ<1时,气体流动存在边界速度滑移,体现出稀薄效应,A/λ≈1时为无滑移,A/λ>1时为等效负滑移.     

微通道中凝结换热的流型及多通道效应

本文在空气自然冷却条件下,对MEMS硅基并联微通道中蒸汽凝结换热的流型和多通道效应进行了可视化研究,发现在低入口饱和蒸汽压下,通道入口为准静止状态的汽弹、汽弹前端周期性脱离汽泡、通道下游为泡状流;在高入口饱和蒸汽压下,通道内为环状流.汽泡脱离存在单汽丝断裂、双汽丝同步断裂以及双汽丝非同步断裂三种不同模式.汽液界面上表面张力不均匀引起Marangoni对流,使得两侧通道中的汽泡一旦形成,便被推向通道的高温侧.     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

过冷沸腾非均相汽泡界面特性分析

本文针对过冷沸腾中汽泡顶部射流现象进行分析与模拟。建立汽泡界面模型,考虑蒸发凝结以及Marangoni效应。利用CFD软件Fluent6.0对模型进行计算分析,成功模拟得到泡顶射流流场。模拟结果无论是流场结构,还是流场强度,都与实验一致吻合,充分证明泡顶射流由Marangoni效应引起。     

流动沸腾空穴核化机理的实验研究

针对水在垂直矩形通道内的流动沸腾,对空穴核化的机理进行了实验研究.不同表面物性的沸腾对比发现良好湿润性表面成核更为持续稳定.空穴成核过程中形成的低过热区域超出了气泡直径大小,影响因数在1.3～1.8范围内变化.微液膜蒸发模型分析液膜厚度在活化核心处最小,而热流密度刚好相反.流动条件加强了气泡脱离运动,致使主流对流冷却作用增强,影响范围超出了气泡直径区域.核心间的相互作用导致核心状态出现间断性,同时主流对流冷却也是重要原因.     

环形狭缝中过冷沸腾空泡率的研究

以环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据为初始条件,运用四阶龙格-库塔法对过冷沸腾空泡率的机理模型进行了数值求解,并对计算结果进行了分析。