沸騰兩相流微尺度強化傳熱機理研究與預測模型.pdf

1、針對目前以及未來能源可持續(xù)利用和環(huán)境保護，強化傳熱是一個非常重要且經(jīng)久不衰的主題。本文的研究對象為可以用于強化傳熱的微小通道和外徑較小(≤5mm)的微翅片管。兩者流動沸騰的主要相似點為表面張力都不能忽略且開始起主導作用。
　　考慮到微小通道與常規(guī)通道沸騰兩相流的差異以及重力、表面張力、慣性力和粘性力等的影響，本文提出了區(qū)分常規(guī)通道到微小通道兩相流的臨界準則:BoRe10.5=200&Bo=4。當BoRe10.5≤200&Bo≤4時

2、，為微小通道，氣泡被限制生長，常規(guī)通道兩相流機理不再適用;否則為常規(guī)通道兩相流。將BoRe10.5≤200與Bo≤4相結(jié)合，既能保證在較大液態(tài)雷諾數(shù)時氣泡被限制生長，也能保證在液態(tài)雷諾數(shù)較低時名義氣泡脫離直徑大于水力直徑。
　　文獻中已有大量微小通道流動沸騰實驗數(shù)據(jù)。本文通過對收集的微小通道沸騰換熱，壓降和臨界熱流量數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)擬合，結(jié)合流型和換熱機理分析，獲得了基于流型的傳熱系數(shù)預測模型和通用的壓降和臨界熱流量預測關聯(lián)式。這些

3、關聯(lián)式已被相關最新文獻引用并認為具有較高的預測精度。本文所發(fā)展的基于流型的沸騰換熱預測模型不僅具有較高的統(tǒng)計預測精度，而且能較好地預測傳熱系數(shù)隨各參數(shù)比如干度，質(zhì)量流量和熱流密度等的變化趨勢，進而有助于理清微小通道內(nèi)流動沸騰換熱機理。通過對壓降和臨界熱流量的數(shù)據(jù)分析，進一步驗證了本文提出的區(qū)分常規(guī)通道到微小通道兩相流的臨界準則是可行的。
　　微通道流動沸騰中的主要挑戰(zhàn)是沸騰起始點較高、壓降較大和由限制氣泡或拉長氣泡快速膨脹導致的回

4、流引起的較大壓力/溫度波動和流動不穩(wěn)定性，因此非常有必要對微通道沸騰換熱迸一步強化和發(fā)展下一代徽通道。本文對相關微通道沸騰換熱強化措施進行簡要分類并在此基礎上提出可將基于流型的強化換熱方法與復合強化技術相結(jié)合發(fā)展超級冷卻微通道的散熱模式。
　　對于外徑較小的微翅片管，實驗數(shù)據(jù)相對較少。本文首先對外徑較小的微翅片管進行流動沸騰實驗，研究微翅片參數(shù)對流型、壓降和換熱的影響。然后基于實驗數(shù)據(jù)，提出了適用于間歇流和環(huán)形流的換熱系數(shù)半經(jīng)驗預