微结构表面上高热流密度蒸发冷却过程的传热特性研究

发布时间：2017-10-11 09:16

  本文关键词：微结构表面上高热流密度蒸发冷却过程的传热特性研究

  更多相关文章： 薄液膜蒸发 传热特性 微结构表面 非稳态

【摘要】：薄液膜蒸发是一种高效的相变传热方式,在船舶制冷、集成芯片散热、低温工程等领域有诸多应用。将薄液膜蒸发用于解决换热表面的高热流密度传热问题已成为传热学研究的热点。本论文基于液氮蒸发冷却实验系统,对微结构表面上的液氮蒸发传热特性进行实验研究,并通过数值模拟分析传热过程中冷冻载体的温度分布情况。在微结构表面蒸发冷却实验中,利用集总热容法分析该非稳态传热过程,研究传热参数随过热度的变化规律,发现液氮的蒸发传热系数随着过热度的降低呈现抛物线的变化趋势,随过热度降低先增加后减小;采用五种不同的流量在微结构表面进行液氮的蒸发冷却,发现微结构表面的传热性能并没有随着液氮流量的增加而提高,而在3.48g/s时传热效果最佳;对比微结构形状为方柱、圆柱的两种不同表面的冷冻载体,发现液氮在微结构形状为方柱的冷冻载体表面传热性能较好;通过改变微结构的间距分析对传热特性的影响,结果表明随着微结构间距的减小,液氮在微结构表面的传热性能提高;对比5mm、10mm、15mm不同的出口距离下的蒸发冷却效果,5mm出口距离的冷冻载体在0℃～-60℃的降温速率最大,平均降温速率为76386.88℃/min。在对微结构表面上的非稳态传热过程进行模拟时,采用传热系数为常数和传热系数为瞬时值的两种不同边界条件进行数值计算,并与实验结果对比,发现采用传热系数为瞬时值的模拟方法的误差较小。模拟不同微结构间距的冷冻载体的降温过程,结果指出,微结构间距越小,冷冻载体降温过程中的均温性越好。
【关键词】：薄液膜蒸发 传热特性 微结构表面 非稳态
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及研究意义10-12
• 1.2 薄液膜蒸发简介12-17
• 1.2.1 薄液膜的产生12-13
• 1.2.2 薄液膜蒸发的理论研究13-15
• 1.2.3 薄液膜蒸发的实验研究15-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 微结构表面蒸发冷却实验方法18-33
• 2.1 实验目的及内容18-19
• 2.2 实验装置19-25
• 2.3 实验步骤25-27
• 2.4 液氮流量的测量27
• 2.5 数据处理方法27-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 微结构表面蒸发传热特性实验研究33-66
• 3.1 流量对蒸发传热特性的影响33-44
• 3.1.1 液氮的蒸发传热系数变化35-38
• 3.1.2 总热阻的变化38-40
• 3.1.3 热流密度的变化40-44
• 3.2 微结构形状对蒸发传热特性的影响44-50
• 3.2.1 液氮的蒸发传热系数变化46-47
• 3.2.2 总热阻的变化47-49
• 3.2.3 热流密度的变化49-50
• 3.3 微结构间距对蒸发传热特性的影响50-59
• 3.3.1 液氮的蒸发传热系数的变化53-54
• 3.3.2 总热阻的变化54-56
• 3.3.3 热流密度的变化56-59
• 3.4 出口距离对蒸发传热性能的影响59-64
• 3.4.1 液氮的蒸发传热系数变化60-62
• 3.4.2 总热阻的变化62-63
• 3.4.3 热流密度的变化63-64
• 3.5 本章小结64-66
• 第4章 微结构表面蒸发冷却过程的数值模拟66-81
• 4.1 建立数值传热模型66-68
• 4.1.1 建立几何模型66
• 4.1.2 划分网格66-67
• 4.1.3 定义材料物性67
• 4.1.4 设置区域条件和边界条件67-68
• 4.1.5 求解设置和运行计算68
• 4.2 数值传热模型与实验对比68-80
• 4.2.1 两种不同边界条件的数值模拟结果对比69-74
• 4.2.2 不同微结构间距的冷冻载体非稳态传热的数值模拟74-78
• 4.2.3 不同微结构间距的冷冻载体均温性对比78-80
• 4.3 本章小结80-81
• 第5章 结论与展望81-83
• 5.1 结论81-82
• 5.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 攻读学位期间公开发表论文87-88
• 致谢88-89
• 作者简介89

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本文编号：1011695