毛细通道内的流动和蒸发特性研究

发布时间：2020-09-21 08:09

　　毛细通道内的流动与蒸发因为在宏观尺度下被忽略的毛细力作用影响而表现出与宏观流动与蒸发不同的特征。这种独特的现象在当今化工、制冷、MEMS(Micro-electromechanical Systems)和空间技术等许多方面具有日渐广泛的应用,因此开展此研究具有重要意义。本文以毛细通道为研究对象,实验研究液体工质在毛细玻璃圆管和多孔介质中的流动与蒸发特性,采用高速摄像结合显微镜观察的方法精确观察工质流动、蒸发现象,总结归纳工作机理,并将实验研究结论应用于环路热管蒸发器设计和传热特性分析。本文主要研究内容及结论如下:1.综述了毛细流动、毛细蒸发和环路热管蒸发器及其传热特性的国内外研究现状,分析了本领域理论与实验研究等方面存在的不足;2.搭建可视化实验平台,对5-500μm毛细玻璃圆管和平均当量直径25 μm左右的多孔介质内的流动与蒸发现象进行观测;3.对毛细管内的毛细流动进行实验研究,分析了 L-W模型理论值与实验值之间的误差,探究了动态接触角对L-W模型计算误差的影响,给出了需要对接触角进行修正的时间范围,并分析得到了管径对该修正时间范围的影响特性。对多孔介质内的毛细流动进行研究,发现理论值与实验值的偏差主要来源是粘性流动阻力增加。4.实验观测了 100-500μm毛细管内的自然蒸发与受迫蒸发现象。发现毛细管内的受迫蒸发是以工质喷射的形式进行的,分析得出喷射过程在管口形成的液塞会对蒸发效率产生重要影响,进而研究了热负荷、加热点位置及管径对液塞和蒸发特性的影响。5.结合毛细蒸发机理,对环路热管(loop heat pipe,LHP)蒸发器内的温度波动现象、小功率启动特性及蒸发器槽道几何参数设计准则予以新的解释,对环路热管毛细芯设计提出建议并予以部分实验验证。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124
【部分图文】：

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第二章毛细流动实验逡逑第二章毛细流动实验逡逑细蒸发具有显著的影响，因为毛细流动的速率直热端的能力，从而使相变蒸发表现出不同的特征。圆管内和多孔介质内的毛细流动实验，并结合经典分析，重点讨论了动态接触角的作用。逡逑

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图２－邋２管径５－５０微米毛细管内流动距离－时间关系图逡逑（ａ）５｜ｉｍ；邋（ｂ）ｌＯ＾ｍ；邋（ｃ）２５＾ｍ；邋（ｄ）５０｜ｉ?

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所有实验重复３次进行验证。逡逑２．１．２实验结果逡逑毛细管内抽吸实验结果如图２－３所示。由图可以看出，管径越大的毛细管，逡逑抽吸同种工质时速率越大。根据上一章理论介绍，如果忽略前两个流动阶段，毛逡逑细圆管内纯粘性力阶段的流动可以用Ｌ－Ｗ方程描述。Ｌ－Ｗ方程表明毛细流动通逡逑道当量直径越大，工质流动速率越快。这一结论与实验结果是相一致的。逡逑２４００－逡逑２２００－逡逑２０００邋－逡逑■邋■邋■邋■逡逑１８００邋－邋＂邋＂邋＃邋■邋■邋■逡逑§邋0邋；／邋／邋■■■■■逡逑￥邋１４００－逦＿邋■逦／逦■■逡逑ｔｅｉ－逦■邋■逦■逦■邋■逡逑圈邋１２0０：邋■■邋■■逦■■逡逑标邋１０００邋－邋■■邋■逦■ａ逦逦逡逑４＾逦■邋■邋■逦■逦■邋Ｄ５逡逑８００邋：邋■■邋■逦．＂逦■邋Ｄ１０逡逑６００邋－．＿逦■逦■逦Ｄ２５逡逑４００－邋■逦－逦－邋＊邋－邋Ｄ５Ｑ逡逑■Ｉ邋■逡逑２００－■逡逑－■逡逑０邋Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逡逑０．００逦０．０５逦０．邋１０逦０．邋１５逦０．邋２０逦０．２５逦０．３０逡逑时间／ｓ逡逑图２－邋３管径５－５０微米毛细管内流动距离－时间关系图逡逑应用相似的方法（本观察不使用显微镜），课题组之前所做内径分别为１００ｐｍ，逡逑２００ｊｉｍ

【参考文献】