【摘要】：隨著微電子技術的快速發(fā)展,換熱器件越來越趨向于小型化,而單位面積上的換熱量卻越來越大。傳統(tǒng)的空冷技術由于對流換熱的局限性,顯然已經滿足不了這一要求。研發(fā)一種高性能的微型散熱器已經成為一個急需解決的問題。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,流動與其換熱機理也被進一步揭示。泡沫金屬是一種超輕多孔金屬材料,其獨特的結構特征,可以極大提高核態(tài)沸騰成核率,且增加流體擾動,最終能使換熱效率進一步提高。填充泡沫金屬的常規(guī)通道中的沸騰換熱,已經有學者進行了研究,而微/小通道中的相關研究還未發(fā)表。不同尺度下的流動沸騰特征是否一致、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,進行了流動與換熱特性的實驗研究與理論分析。設計了可視化實驗段并搭建了循環(huán)回路實驗臺,通過分析壓力信號與溫度信號,得到了不同工況下的流型圖與換熱機理。然后通過理論計算得到了換熱系數(shù)影響規(guī)律和進口壓力的變化規(guī)律。最后通過多項式擬合的方法,創(chuàng)建了新的換熱關聯(lián)式。在對流型與換熱機理進行研究時,采用顯微鏡與高速攝像機結合的方法,對空管與填充泡沫金屬管中的流型進行了拍攝并繪制了不同干度下的流型圖。分析了質量流速,熱流密度和泡沫金屬結構對流型轉變的影響,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。在對換熱特性進行研究時,通過繪制沸騰曲線,來分析壁面溫度與換熱機理之間的關系。同時根據(jù)換熱系數(shù)曲線的變化趨勢得到了質量流速、熱流密度、干度與泡沫金屬結構對換熱系數(shù)的影響,以為微/小尺度換熱器的設計與運行提供理論依據(jù)。在對換熱關聯(lián)式和進口壓力進行研究時,將本實驗數(shù)據(jù)與之前的兩個有代表性的換熱模型進行了對比,并以原換熱模型的基本形式為基礎,根據(jù)當?shù)負Q熱系數(shù)的變化趨勢,得到了新的換熱關聯(lián)式。并經過實驗數(shù)據(jù)檢驗,預測性能良好。最后通過分析空管和填充泡沫金屬管在不同工況下進口壓力的差異來研究流阻的影響因素及其規(guī)律。
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東北電力大學工程碩士學位論文第 2 章 實驗系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理引言文主要對填充泡沫金屬并聯(lián)小通道內的換熱特性進行研究，在對實驗系要將實驗工質、設備、運行工況與外界條件等涉及各個方面的因素考慮能穩(wěn)定運行，測到的數(shù)據(jù)精確度高。而數(shù)據(jù)處理是銜接原始數(shù)據(jù)與實驗只有數(shù)據(jù)處理方法正確無誤才能確保結論的正確性。下面將對以上部分實驗系統(tǒng) 2-1 所示，，本實驗系統(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 實驗系統(tǒng)實物圖2.3 實驗段如圖 2-3（a）所示，實驗段由五個部分組成(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，內部填充電阻絲。將其電極與直流電源相連，根據(jù)短路電流的熱效應，電阻絲產生熱量，使其成為熱源。同時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通道，其中三個為平行通道。每個通道的長 146mm、深 2.5mm、寬 2.5mm。相鄰兩個平行通道之間的距離為 7.5mm。主通道的長度為 120mm，每個通道內都充滿了泡沫金屬。實驗段的實物圖如圖 2-3（b）所示。泡沫金屬板的結構如圖 2-4 所示，其是由純銅經電鍍工藝制成。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]提出的金屬泡沫結構模型計算得到。為了精確測量實時流體溫度，在石英玻璃板上開了 8 個圓孔放入
【學位授予單位】：東北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK124;TN405

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本文編號：2636630