微通道流动沸腾压降与换热特性研究

发布时间：2020-10-01 19:01

　　 随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)技术不断发展,计算机和信息技术等微电子设备领域微型化和小型化速度不断提升,单位空间散热量急剧增加,严重影响微电子设备的正常运行。探寻高效紧凑的微型散热设备,实现电子元器件微小空间的高效散热不仅具有科学意义而且具有重大的工程应用价值。近年来,微通道沸腾换热因汽化潜热的释放而具有较大的热传递能力,同时作为一种高效微型散热结构,因面体比大、传热系数高等优点,受到研究者越来越多的关注。本文以微柱群通道为例,搭建了加热与流动一体化微柱群换热实验平台。采用去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500?m的微圆柱组成的叉排微柱群通道时两相摩擦压降和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率下的沸腾流型与摩擦压降和沸腾换热之间的关系。最后通过对微通道三种不同截面形状肋片沸腾换热实验数据值与经验关联式值进行对比分析,在经验公式基础上,考虑了两相摩擦因子因素对沸腾换热的影响,对沸腾关联式进行了修正,得到新的沸腾换热关联式。实验结果表明:同一质量流速下,随着热流密度的提高,两相摩擦压降不断增大而沸腾换热系数均呈现出急剧下降的趋势。受微圆柱形状和排列方式影响,摩擦压降随质量流速的增大而增大,随热流密度呈线性增长,此时通道内沸腾发展到完全饱和沸腾状态,质量流速对换热系数影响减弱,沸腾换热系数均趋于稳定。随着工质干度升高,通道内的沸腾状态趋于一致,由过冷度带来的摩擦压降和沸腾换热影响减弱。通过高速摄像机对微通道内流动沸腾拍摄,得出气液流型随热流密度变化依次为:泡状流、环状流。泡状流区局部沸腾换热系数明显高于环状流区而两相摩擦压降趋势与之相反。采用不同肋片截面形状、不同质量流速下的实验数据值与Mudawar关联式值进行对比分析。结果显示:当微通道中肋片截面形状为圆形形状时,随着蒸汽干度升高,关联式预测值低于实验值。本文考虑了两相摩擦因子对沸腾换热的影响,对Mudawar关联式进行了修正。最后选取了三种肋片截面形状下的实验数据值与修正后的关联式值进行了误差分析,得到了新的微通道沸腾换热关联式。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH-39
【部分图文】：

接触热阻的存在增大了传热的不稳定性和不确定性，给传热带来不可为减小传热中的热阻减小热损失和计算中的误差，实验段加热和通道一体化加工方式制作。微柱群阵列采用精密机械雕刻机(YF-DA7060雕刻出矩形通道及其内部形状为圆形叉排排列的微柱群阵列。它们不的流动起到扰流作用，而且有效传热面积得到增加。微柱群阵列电镜图 2-1 所示。

质预热的程度。等入口处的温度达到实验标准时，即可开始各参数的测热采用直流稳压电源(芯驰，SDC36100S)对实验段进行加热，通过对实 T 型热电偶对加热温度进行监测，实验段进出口安放差压变送器(Rosem)对实验通道中的压力进行测量。当所有数据趋于稳定时，作为一个稳过数据采集软件(Fluke2638A)采集记录到电脑中作为该状态下的实验数动高速摄像机对通道内气液流型进行可视化拍摄。图 2-4 为实验台系统

气体过滤装置

【参考文献】

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本文编号：2831875