發(fā)布時(shí)間：2020-06-01 14:02

【摘要】：隨著微機(jī)電系統(tǒng)的提出以及微化工技術(shù)的成長(zhǎng),電子設(shè)備不斷趨向于微型化;而氣液兩相流因其良好的傳熱性能也廣泛存在于微通道換熱過程中;因此對(duì)微通道內(nèi)兩相流流型調(diào)控及其對(duì)傳熱性能影響的深入研究,使得大幅度提高微通道設(shè)備換熱性能成為可能。T型微通道結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)化的流型調(diào)控結(jié)構(gòu),其主要分為順流型和沖擊型:順流型T型微通道主要通過兩相流界面壓差促使氣液兩相流入分液支管,而氣液兩相交界處的表面張力阻止氣彈的破裂,從而達(dá)到兩相分離的效果,減少主通道內(nèi)的含液率,促進(jìn)流型的演變;而沖擊型T型微通道內(nèi)兩相流流體由于自身流速帶來的慣性沖擊力作為主要作用力,促進(jìn)了氣液兩相流在微通道內(nèi)的分離運(yùn)動(dòng)。兩相通道結(jié)構(gòu)其作用機(jī)理不同、流型調(diào)控效果不同,對(duì)其深入研究是獲得復(fù)雜微結(jié)構(gòu)內(nèi)兩相流流動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)。本論文針對(duì)單晶硅方形微通道內(nèi)兩相流流型以及順流T型分液通道、沖擊T型分液通道對(duì)主通道兩相流流型調(diào)控過程,利用高速攝像監(jiān)測(cè)兩相流流型演變規(guī)律,快速壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)流型轉(zhuǎn)變時(shí)的壓力波動(dòng),開展微通道內(nèi)兩相流氣液界面運(yùn)動(dòng)研究。對(duì)照觀察了順流T型分液微通道及沖擊T型分液微通道對(duì)主通道流型的調(diào)控及分液能力,基于兩種通道結(jié)構(gòu)內(nèi)的流型演變動(dòng)力學(xué)進(jìn)程,獲取微通道內(nèi)氣液界面運(yùn)動(dòng)與宏觀調(diào)控參數(shù)兩相流流速、壓差、通道尺寸之間的相關(guān)性,為微通道兩相流流型調(diào)控提供了理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在本文研究的方形微通道尺度下,由于界面張力的作用兩相流流型僅存在泡狀流、彈狀流、塊狀流以及環(huán)狀流,而不存在分層流。針對(duì)于彈狀流這一主要流型,通過調(diào)節(jié)T型分液通道外控制壓力,獲得不同壓差下氣液界面在分液口處的變形及伸縮規(guī)律。可知隨著分液支管處的分液閥門內(nèi)開度的增大,主通道壓力下降,而分液通道處壓力和主通道壓力差即壓差增大,通過研究與分液比之間的相關(guān)性可發(fā)現(xiàn)壓差為T型通道內(nèi)兩相流流型調(diào)控的決定因素。隨著壓差的增大,氣彈在順流T型微通道內(nèi)的伸縮長(zhǎng)度變長(zhǎng),伸縮周期基本保持不變,分液比得到一定的提高,分液通道對(duì)主通道流型調(diào)控性能增強(qiáng)。而對(duì)于沖擊型T型微通道內(nèi),由于在分液結(jié)構(gòu)處主流流體存在流場(chǎng)的90°轉(zhuǎn)向,兩相流出現(xiàn)二次流,氣相在內(nèi)壁測(cè),液相存在于外壁測(cè)。此時(shí)慣性力大的液相為主動(dòng)流體,分液口壓差對(duì)于液相流動(dòng)狀況影響顯著,隨壓差增大,氣彈在分液支管內(nèi)的伸縮長(zhǎng)度變長(zhǎng),伸縮周期基本保持不變,分液比得到一定的提高,這與順流段內(nèi)的分液規(guī)律一致。而通過對(duì)比兩個(gè)微通道結(jié)構(gòu)的分液能力可發(fā)現(xiàn),沖擊段的分液能力明顯大于順流段的。
【圖文】：

水平管內(nèi)冷凝傳熱模型。逡逑Ｐ．邋Ｚｈａｎｇｌ２３］模擬研宄微小通道內(nèi)沸騰流動(dòng)的流型演變，通道內(nèi)隨進(jìn)程依次逡逑產(chǎn)生泡狀流、段塞流和環(huán)狀流，溫度分布也隨之發(fā)生改變。如圖１－１所示，，由逡逑于環(huán)狀流中的薄液膜蒸發(fā)機(jī)制，傳熱效率顯著提高；其在彈狀流區(qū)，其傳性能逡逑較差，且隨著氣彈的增大、氣彈與壁面之間的薄液膜區(qū)域拉長(zhǎng)，其傳熱系數(shù)明逡逑顯增大；但由于彈狀流流型中液橋的存在其傳熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)狀流，即兩相逡逑流流型與傳熱之間具有明顯的相關(guān)性。逡逑■Ｂ邐紐逡逑ｒｅｃ９ｐｅｎａｕｔｃ７ｉａＣ￡�。樱矗樱叮梗埃梗插义希姟鲥濉鲥濉鲥义硝暨姡骸鲥义�°邋１２５０邋－邐１邐■逡逑｜邐．邋ｊ邐．逡逑ｉ邋ｂｕｂｂｌｙ邋ｆｌｏｗ＾邋ｓｌｕｇ邋ｆｌｏｗ邋；邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｆｌｏｗ逡逑＾邋１０００邋－廣—邋Ｔ邋Ｔ逡逑Ｏ邐？邐ｊ邐｜逡逑髟邐；邐ｊ邋■邋｜邋Ｍ邋｜邋Ｈｅａｌ邋ｔｒａｎｆｅｒ邋ｃｏｅｆｆｉｄｅｎｔｌ－逡逑｜邋７５０邋？丨■邋■邋■逡逑３邐■邋：■逡逑Ｅ邋５００邐０邐４邐８邐１２邐１６邐２０逡逑Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋（ｍｍ）逡逑圖１－１沿流動(dòng)方向的局部熱傳遞系數(shù)［２３】逡逑Ｌｅｏｎ邋Ｌｉｅｂｅｎｂｅｒｇ［２４］研究微翅片管中的冷凝流動(dòng)過程時(shí)指出，對(duì)于管內(nèi)冷凝逡逑傳熱性能的相關(guān)性預(yù)測(cè)必須基于對(duì)流型的分析，并建立的新的傳熱系數(shù)模型，逡逑如式（１－１）所示。提出一個(gè)新的關(guān)于傳熱的相關(guān)性：逡逑ａ邋＝邋＾邋０．０５邋Ｒｅ；邋Ｐｒｆ邋ＴＦ｛Ｒｘ）２邋｛Ｂｏ邋■邋ｌｎ（Ｆｒ））－０邋２６逡逑Ｄ＇邐（１－１）逡逑其中指數(shù)ｓ取決于翅片管種類

流轉(zhuǎn)變?yōu)閺棤盍髁餍�，傳熱系�?shù)明顯降低；且彈狀流液橋區(qū)域?yàn)閭鳠岬谋∪醐h(huán)逡逑節(jié)，傳熱熱阻最大、傳熱性能最差；而彈狀流的薄液膜Ｒ邋Ｗｗ數(shù)為波峰，為類逡逑環(huán)狀流區(qū)，如圖１－２所示。逡逑４０邋－Ｉ邐逡逑邐逡逑０邐０．００１邐０．００：邐，邋、邋０邋００３邐０邋００４邐０００５逡逑？ｔ（ｍ）逡逑圖１－２冷凝流型轉(zhuǎn)變及局部／Ｖｗ數(shù)的變化規(guī)律逡逑由此可知，兩相流流型與其傳熱性能具有——對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)兩相流型與逡逑傳熱的相關(guān)性，段塞流是兩相流中傳熱性能最差的流型，如何維持高效環(huán)狀流逡逑傳熱流型，同時(shí)結(jié)合微通道內(nèi)的氣液兩相分離將廣泛存在的低傳熱性能的段塞逡逑流轉(zhuǎn)換成環(huán)狀流，對(duì)于相變傳熱的強(qiáng)化起到至關(guān)重要的作用。逡逑１．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１兩相流氣液分離與流型轉(zhuǎn)變的研究逡逑不同氣含率對(duì)應(yīng)兩相流流動(dòng)的不同流型，伴隨著氣液的分離，流道內(nèi)氣含逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK12

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