相變微膠囊懸浮液在微小通道內(nèi)傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展，電子設(shè)備大功率、微型化速度不斷加快，按照“摩爾定律”推算：計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量每18個(gè)月翻一番，晶體管數(shù)量越多，運(yùn)算速度越快，芯片上電路也會(huì)越復(fù)雜，消耗能量增多，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量也越大，散熱需求增大。
　　在現(xiàn)有的新型冷卻技術(shù)中，微小結(jié)構(gòu)冷卻具有流體摻混速度快、換熱系數(shù)大、換熱量高、易封裝等特點(diǎn)被研究者所廣泛認(rèn)同，而在微小結(jié)構(gòu)冷卻液體中加入相變微膠囊顆粒，構(gòu)成相變微膠囊懸浮液，利用相變微膠囊的潛熱增大

2、傳熱溫差從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱，預(yù)計(jì)可達(dá)到更好的冷卻效果。為此，本文嘗試將相變微膠囊加入到微小結(jié)構(gòu)中，并搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)相變微膠囊在微小結(jié)構(gòu)中的換熱特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本文主要工作如下：
　?。?）對(duì)相變微膠囊懸浮液內(nèi)徑為1mm微圓管內(nèi)的換熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，定熱流壁面條件下，1mm微圓管內(nèi)相變微膠囊懸浮液對(duì)壁面的溫度的貢獻(xiàn)隨懸浮液濃度的增加而增大，最大壁面溫度降低率最大可達(dá)27.1％。相變微膠囊懸浮液局部換熱強(qiáng)化比ηx隨流

3、動(dòng)長(zhǎng)度變化越來越小，并且出現(xiàn)負(fù)值，因此存在最佳的換熱長(zhǎng)度?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)了平均努謝爾數(shù)Num隨著流體雷諾數(shù) Re、圓管長(zhǎng)徑比、普朗特?cái)?shù)、懸浮液質(zhì)量濃度變化的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，同時(shí)考慮熱入口段的影響，總結(jié)了局部努謝爾數(shù) Nu x變化的經(jīng)驗(yàn)公式。
　?。?）對(duì)相變微膠囊懸浮液在當(dāng)量直徑Dh=1.6mm的矩形小槽道內(nèi)的換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明，定熱流壁面條件下，當(dāng)量直徑Dh=1.6mm矩形小槽道內(nèi)壁面溫度降低率最大可達(dá)5.6%。相

4、變微膠囊懸浮液局部換熱強(qiáng)化比ηx隨流動(dòng)長(zhǎng)度降低。相變微膠囊懸浮液平均努謝爾數(shù)Num隨雷諾數(shù)Re及懸浮液濃度的增加而增大，其對(duì)應(yīng)換熱強(qiáng)化比ηm隨雷諾數(shù)Re增加而減小，隨懸浮液濃度的增加而增大，實(shí)驗(yàn)條件下平均換熱強(qiáng)化比ηm最大可達(dá)33.9%。總結(jié)了局部努謝爾數(shù)Nux隨著流體雷諾數(shù) Re、槽道長(zhǎng)徑比、普朗特?cái)?shù)、懸浮液質(zhì)量濃度和進(jìn)出口熱損失的經(jīng)驗(yàn)公式，擬合公式可以很好表述相變微膠囊懸浮液在矩形小槽道內(nèi)隨流動(dòng)長(zhǎng)度的局部換熱特性。
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5、對(duì)相變微膠囊懸浮液在上述兩種微小通道內(nèi)換熱特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種微小通道內(nèi)壁面溫度降低率隨懸浮液質(zhì)量濃度的增加而增大，但是微圓管內(nèi)溫度降低率受雷諾數(shù)Re的影響不大，而矩形小槽道內(nèi)壁面溫度降低率隨著雷諾數(shù)Re的增加而減小。微圓管局部換熱強(qiáng)化比ηx隨流動(dòng)長(zhǎng)度出現(xiàn)了換熱特性相反的兩個(gè)區(qū)域，但是矩形小槽道內(nèi)局部換熱強(qiáng)化比ηx隨流動(dòng)長(zhǎng)度并未出現(xiàn)換熱特性相反的區(qū)域的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。圓管內(nèi)平均換熱強(qiáng)化比ηm由于導(dǎo)熱熱阻的影響在低雷諾數(shù)Re下小于零，