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微槽道中磁流体的CHF特性研究

唐杨  
【摘要】:临界热流密度(Critical Heat Flux ,CHF)作为沸腾传热的最为关键的一个限制条件在强化传热研究研究领域非常重要。因此本文研究微通道内磁流体的CHF特性,分析介质物性参数、通道几何参数及外加磁场对CHF的影响规律。 本文以去离子水和质量分数为0.5%的-水磁性纳米流体为工质,在矩形微槽道中进行饱和沸腾临界热流密度试验。实验段三种微小槽道的横截面尺寸分别是0.6 2mm、1 2mm、2×2mm,槽道长度均为250mm。试验中自制简易磁场发生装置—半闭合的电磁铁,通过调节电磁铁线圈中电流大小来改变磁场强度,定性与定量研究磁场对磁流体的CHF的影响规律。文中分析了磁流体在微通道内的CHF随质量流速、出口临界热力学干度、槽道尺寸等因素的变化趋势。实验结果表明:两种工质分别在三种尺寸槽道内临界热流密度均随着质量流速G的增加而增加;出口临界热力学干度x_c对临界热流密度的影响不大,但总体为递减趋势;相同质量流速下,0.6×2mm槽道最先达到CHF,2×2mm槽道的临界热流密度最大,说明临界状况热流密度随微槽当量直径的减小而减小;磁流体的CHF约为水的1.5-2倍,磁流体的CHF随着磁场强度的增大而有小幅增加,本实验工况下为0.5%-0.8%。 最后分别介绍了依据沸腾物理机制推导出来的适用于预测微小槽道饱和CHF的简易模型与综合大量微通道CHF试验数据得出的计算关联式,并对本实验进行预测。对比预测结果与本实验结数据,结果显示前者预测效果较好,平均误差在30%以内;后者平均误差大于40%。引用一个新的预测微小槽道饱和CHF预测模型,并用本文实验数据验证该模型的适用性能,结果显示预测误差在20%以内。


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