【摘要】：相變換熱作為一種更為高效的冷卻方式被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面,電子冷卻應(yīng)用中微通道的相變冷卻過程中易出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象,因此關(guān)于該問題的研究越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。本文搭建了一套適合于研究微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并通過電火花加工技術(shù)加工了包含有14條并行矩形微通道的熱沉實(shí)驗(yàn)段,單條微通道的水力直徑小于200μm。借助于可視化觀測(cè)和多參數(shù)同步測(cè)量技術(shù)以去離子水為工質(zhì),對(duì)平行微通道內(nèi)的流動(dòng)不穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,然后綜合可視化結(jié)果及溫度、壓力、壓差、流量等參數(shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了理論分析,期望豐富對(duì)平行多微通道內(nèi)的流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)壓降—流量特性曲線的分析研究了工況參數(shù)對(duì)平行微多通道靜態(tài)流動(dòng)不穩(wěn)定起始點(diǎn)(OFI點(diǎn))的影響,結(jié)果表明:(1)進(jìn)口過冷度一定的情況下,隨著熱流密度的增大,壓降—流量特性曲線的最低點(diǎn)靜態(tài)流動(dòng)不穩(wěn)定起始點(diǎn)(OFI點(diǎn))會(huì)向質(zhì)量流速大的方向移動(dòng)。熱流密度一定的條件下,隨著入口過冷度的提高,壓降—流量特性曲線的最低點(diǎn)靜態(tài)流動(dòng)不穩(wěn)定起始點(diǎn)(OFI點(diǎn))會(huì)向質(zhì)量流速大的方向移動(dòng)。(2)針對(duì)平行微多通道動(dòng)態(tài)流動(dòng)不穩(wěn)定性所關(guān)注的溫度、壓力等參數(shù)的震蕩特性的研究中發(fā)現(xiàn):在熱流密度和入口溫度一定的條件下,隨著質(zhì)量流速的降低,系統(tǒng)由穩(wěn)定沸騰模式進(jìn)入非穩(wěn)定沸騰模式,壓降的波動(dòng)幅值逐漸增大。結(jié)合可視化結(jié)果對(duì)穩(wěn)定沸騰模式及非穩(wěn)定沸騰模式下的流型以及參數(shù)波動(dòng)情況進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定沸騰階段的小汽泡一般不能持續(xù)長(zhǎng)大,而是在來流液體較大慣性力的作用下被沖向通道下游。盡管在質(zhì)量流速較小的情況下也有汽泡聚合形成的拉長(zhǎng)汽泡的出現(xiàn),但是不足以阻止來流液體進(jìn)入通道因而只會(huì)引起進(jìn)口壓力小幅度波動(dòng)。在非穩(wěn)定沸騰階段,由于壁面過熱度較高,來流液體慣性力相比穩(wěn)定流動(dòng)沸騰模式下較小,汽泡快速生長(zhǎng)到通道尺寸大小,并受到壁面的擠壓作用堵塞通道甚至產(chǎn)生汽核倒流現(xiàn)象,或者汽泡在拉長(zhǎng)過程中很快與周圍汽泡聚合形成較大的汽核阻止液體進(jìn)入通道,這樣周期性的汽液交變流動(dòng)造成進(jìn)出口壓力周期性的波動(dòng)。汽核堵塞通道甚至汽核倒流和液體回沖現(xiàn)象的出現(xiàn)造成通道內(nèi)液相/汽相的交變流動(dòng),從而引起進(jìn)口壓力的大幅度波動(dòng)。本文對(duì)于微通道內(nèi)的汽核倒流和液體回沖現(xiàn)象所引起的參數(shù)波動(dòng)進(jìn)行了分析,建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形微通道內(nèi)的基于汽核倒流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)引起進(jìn)口壓力波動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。該模型假設(shè)汽泡在矩形微通道內(nèi)的生長(zhǎng)過程分為三個(gè)階段,即自由生長(zhǎng)階段、部分受限生長(zhǎng)階段和完全受限生長(zhǎng)階段。在汽泡完全受限階段當(dāng)汽泡長(zhǎng)度拉長(zhǎng)到一定程度時(shí)會(huì)出現(xiàn)汽泡的倒流現(xiàn)象引起通道進(jìn)口壓力突然增加,汽泡在進(jìn)出口的巨大壓差的作用下被排擠出通道引起通道進(jìn)口壓力的減小。本文考慮到通道上游存在可壓縮容積的影響,通過耦合求解汽泡尾部界面上的力平衡方程與汽泡上游液彈動(dòng)量守恒方程,得到了汽泡尾部的界面速度與微通道入口壓力隨時(shí)間的瞬時(shí)變化特性。模型的計(jì)算結(jié)果與已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,吻合較好。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：2568663