【摘要】：隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展,換熱器件越來(lái)越趨向于小型化,而單位面積上的換熱量卻越來(lái)越大。傳統(tǒng)的空冷技術(shù)由于對(duì)流換熱的局限性,顯然已經(jīng)滿足不了這一要求。研發(fā)一種高性能的微型散熱器已經(jīng)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。沸騰換熱由于能有效地利用相變潛熱,換熱效率能得到數(shù)倍的提高。1981年至今,并聯(lián)微通道中的沸騰換熱得到了廣泛研究,流動(dòng)與其換熱機(jī)理也被進(jìn)一步揭示。泡沫金屬是一種超輕多孔金屬材料,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征,可以極大提高核態(tài)沸騰成核率,且增加流體擾動(dòng),最終能使換熱效率進(jìn)一步提高。填充泡沫金屬的常規(guī)通道中的沸騰換熱,已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了研究,而微/小通道中的相關(guān)研究還未發(fā)表。不同尺度下的流動(dòng)沸騰特征是否一致、換熱系數(shù)隨各因素的變化規(guī)律是否一樣以及微/小尺度下的換熱模型創(chuàng)建均未得到解答。本文采用水力直徑為2.5mm的并聯(lián)小通道,填充PPI為10和20的泡沫金屬銅,進(jìn)行了流動(dòng)與換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析。設(shè)計(jì)了可視化實(shí)驗(yàn)段并搭建了循環(huán)回路實(shí)驗(yàn)臺(tái),通過(guò)分析壓力信號(hào)與溫度信號(hào),得到了不同工況下的流型圖與換熱機(jī)理。然后通過(guò)理論計(jì)算得到了換熱系數(shù)影響規(guī)律和進(jìn)口壓力的變化規(guī)律。最后通過(guò)多項(xiàng)式擬合的方法,創(chuàng)建了新的換熱關(guān)聯(lián)式。在對(duì)流型與換熱機(jī)理進(jìn)行研究時(shí),采用顯微鏡與高速攝像機(jī)結(jié)合的方法,對(duì)空管與填充泡沫金屬管中的流型進(jìn)行了拍攝并繪制了不同干度下的流型圖。分析了質(zhì)量流速,熱流密度和泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)流型轉(zhuǎn)變的影響,20PPI下,彈狀流/段塞流與環(huán)狀流的干度邊界介于0.04和0.05之間。在對(duì)換熱特性進(jìn)行研究時(shí),通過(guò)繪制沸騰曲線,來(lái)分析壁面溫度與換熱機(jī)理之間的關(guān)系。同時(shí)根據(jù)換熱系數(shù)曲線的變化趨勢(shì)得到了質(zhì)量流速、熱流密度、干度與泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)換熱系數(shù)的影響,以為微/小尺度換熱器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供理論依據(jù)。在對(duì)換熱關(guān)聯(lián)式和進(jìn)口壓力進(jìn)行研究時(shí),將本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與之前的兩個(gè)有代表性的換熱模型進(jìn)行了對(duì)比,并以原換熱模型的基本形式為基礎(chǔ),根據(jù)當(dāng)?shù)負(fù)Q熱系數(shù)的變化趨勢(shì),得到了新的換熱關(guān)聯(lián)式。并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn),預(yù)測(cè)性能良好。最后通過(guò)分析空管和填充泡沫金屬管在不同工況下進(jìn)口壓力的差異來(lái)研究流阻的影響因素及其規(guī)律。
【圖文】：

東北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 2 章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理引言文主要對(duì)填充泡沫金屬并聯(lián)小通道內(nèi)的換熱特性進(jìn)行研究，在對(duì)實(shí)驗(yàn)系要將實(shí)驗(yàn)工質(zhì)、設(shè)備、運(yùn)行工況與外界條件等涉及各個(gè)方面的因素考慮能穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)到的數(shù)據(jù)精確度高。而數(shù)據(jù)處理是銜接原始數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)只有數(shù)據(jù)處理方法正確無(wú)誤才能確保結(jié)論的正確性。下面將對(duì)以上部分實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 2-1 所示，，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由兩部分組成(相變循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)),且劑 R141b。

圖 2-2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖2.3 實(shí)驗(yàn)段如圖 2-3（a）所示，實(shí)驗(yàn)段由五個(gè)部分組成(加熱板、金屬片、被加熱銅板、石英玻璃蓋、熱絕緣裝置)。加熱板為玻璃材質(zhì)，內(nèi)部填充電阻絲。將其電極與直流電源相連，根據(jù)短路電流的熱效應(yīng)，電阻絲產(chǎn)生熱量，使其成為熱源。同時(shí)在加熱板與被加熱銅板之間、金屬片與被加熱銅板之間使用導(dǎo)熱硅脂以降低熱阻。而最外層的熱絕緣裝置則可以有效防止加熱量散熱到周圍環(huán)境中。被加熱銅板的上表面加工了五個(gè)通道，其中三個(gè)為平行通道。每個(gè)通道的長(zhǎng) 146mm、深 2.5mm、寬 2.5mm。相鄰兩個(gè)平行通道之間的距離為 7.5mm。主通道的長(zhǎng)度為 120mm，每個(gè)通道內(nèi)都充滿了泡沫金屬。實(shí)驗(yàn)段的實(shí)物圖如圖 2-3（b）所示。泡沫金屬板的結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示，其是由純銅經(jīng)電鍍工藝制成。它的主要特征參數(shù)如表 2-1 所示。PPI 表示每英寸長(zhǎng)度具有的孔數(shù)，顯示平均孔徑的大小�？紫堵识x為孔隙所占的體積與整個(gè)泡沫體積的比值。纖維直徑和比表面積則是基于 Calmidi[48]提出的金屬泡沫結(jié)構(gòu)模型計(jì)算得到。為了精確測(cè)量實(shí)時(shí)流體溫度，在石英玻璃板上開(kāi)了 8 個(gè)圓孔放入
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK124;TN405

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本文編號(hào)：2636630