单微通道过冷沸腾可视化实验和数值模拟研究
微通道热沉散热技术是一种高效的冷却方式，具有比较广阔的应用前景。为了提高微通道热沉的散热效果，微通道内的工质一般都会采取相变的方式。工质在内部的相变可分为过冷沸腾和饱和沸腾两种情况，与饱和沸腾相比，过冷沸腾运行比较稳定、安全，可以实现精确的控温和监测，且临界热流密度较高，得到了广泛研究。换热和气泡生长的机理是一个重要的方向。 本文搭建了微通道可视化实验台架，设计加工了水力直径为0.5mm的铜基单微通道，借助高速摄像机和体视显微镜对过冷沸腾过程中的气泡进行了拍摄，捕捉了气泡周期、大小等信息，探究了工质参数对气泡生长和脱离影响的规律。结果表明，气泡周期由等待时间和气泡生长脱离时间（即气泡占据的时间）组成，等待时间一般多于占据时间。气泡周期随着入口温度和流量的增加均降低，等待时间及其占比受到流量影响较大，随流量增加而增加，但与过冷度关系不大。随着流量的降低，流动趋向饱和沸腾，气泡周期的不稳定性增加，气泡平均脱离直径也增加。此外还观察到，相邻气泡存在一定关联性，以及气泡不同产生位置有不同的特性。 本文还采用RPI壁面沸腾模型对单微通道过冷沸腾模型进行了数值模拟的研究，研究了通道工质温度、含汽率、壁面温度、热流密度等参数的规律，结果发现壁面热流中的激冷热流随着热负荷的增加和气泡的产生而迅速增加；而随着过冷度的降低，气泡含量增加，激冷热流在总热流的地位逐渐取代对流热流。改变流道的截面形状发现，截面为正梯形的流道由于流体重心偏下，并且靠近热源的流固界面较大，因此吸热能力最强。
单微通道;热沉散热;过冷沸腾;可视化技术;气泡;数值模拟
华中科技大学
硕士
工程热物理
刘伟
2017
中文
TK121
74
2018-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）