微小通道內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰的可視化實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微小通道內(nèi)的流動(dòng)沸騰在航天，計(jì)算機(jī)，生物醫(yī)療等高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)其規(guī)律的研究成為國(guó)際傳熱界的熱點(diǎn)。本文對(duì)微小通道內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰的流型特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 首先，克服了低溫流體微小通道可視化實(shí)驗(yàn)中布光和放大倍率的難題，搭建了可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用高速攝像，獲得了高質(zhì)量的圖片，為流型的定量分析打下了很好的基礎(chǔ)。觀察到內(nèi)徑為1.931，1.042和0.531 mm的垂直上升圓管內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰的主要流型為：泡狀流，彈狀流，攪拌流

2、和環(huán)狀流；并且在1.042 mm和0.531 mm 管內(nèi)發(fā)現(xiàn)了受限氣泡流。實(shí)驗(yàn)中觀察到了攪拌流中液滴的沉降現(xiàn)象。繪制了流型圖，主要分析了表面張力和管徑對(duì)流型轉(zhuǎn)變的影響。表面張力是影響流型轉(zhuǎn)變的重要物性參數(shù)。相對(duì)于空氣-水的流型圖，對(duì)應(yīng)的彈狀流/攪拌流，攪拌流/環(huán)狀流流型轉(zhuǎn)變線向較低的氣體表觀速度方向移動(dòng)；而泡狀流/彈狀流的轉(zhuǎn)變線向較高的氣體表觀速度方向移動(dòng)。管徑對(duì)流型轉(zhuǎn)變有重要影響，隨著管徑的減小，泡狀流/彈狀流，彈狀流/攪拌流，攪拌流

3、/環(huán)狀流轉(zhuǎn)變曲線都向氣體表觀速度增大的方向移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與通用的流型轉(zhuǎn)變理論模型作了比較，發(fā)現(xiàn)理論模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大。 測(cè)得實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)三種管徑內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰的空泡份額。分析得到微小通道內(nèi)氣液兩相的滑移比較大。通過比較三種管徑的時(shí)均空泡份額的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著管徑的減小，氣液兩相的滑移增大，均相模型的預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大。 在低熱流密度，流量較大時(shí)，觀測(cè)到了長(zhǎng)周期大振幅的波動(dòng)。采用高速攝影，采集到了波動(dòng)周期各

4、個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的流型情況。內(nèi)徑為1.042mm的上升圓管內(nèi)的波動(dòng)周期中，流量與壓降反相，流量較大，壓降較小時(shí)對(duì)應(yīng)環(huán)狀流，此時(shí)壁溫較高；流量較小，壓降較大時(shí)對(duì)應(yīng)單相液相，此時(shí)壁溫較低。一個(gè)周期內(nèi)大部分時(shí)間為環(huán)狀流其次是單相液相，而對(duì)于彈狀流和攪拌流（間歇流）所占的份額都非常少。同時(shí)微小通道出口干度越大時(shí)，周期越長(zhǎng)。增加熱流密度或者減小流量，可能使波動(dòng)衰減，直至消失。在1.931 mm 圓管內(nèi)發(fā)現(xiàn)三種長(zhǎng)周期大振幅兩相流波動(dòng)，它們的共同點(diǎn)是，壓降