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纳米流体和非纳米流体在微槽道中沸腾换热的对比研究

陈海洋  
【摘要】: 由于尺度的微细化,流体在微槽道内的流动和换热与常规槽道有很大区别,因此研究微尺度条件下流体的流动换热规律,对于推动科学技术的发展有重要意义。另外,由于设备的微型化和紧凑化,必然要求我们采用新的传热工质。进入20世纪90年代以来,许多学者尝试将纳米流体应用在强化传热领域,然而,将其应用在微尺度强化传热,迄今鲜有报道。本文以体积分数为0.5%Al2O3-水和去离子水为工质,对高为2mm,宽分别为0.6mm、1mm、2mm的铝制矩形微槽中的两相传热特性与压降特性进行了对比研究。 两相流对流换热的实验结果表明:与原基液相比,在相同的工况下,采用Al2O3纳米流体为工质时,其传热系数增大,对于本实验,传热系数可提高7%-12%。随着质量流速的增大,微槽的传热系数会略有上升,但变化不大,说明质量流速对于Al2O3纳米流体和去离子水的传热系数没有明显的影响。两种工质的传热系数均随着热流密度的增加而增加,另外还对传热系数和热流密度的关系进行了拟合。在不同的进口温度下,工质的传热系数基本上重合,说明入口温度对于两种工质的饱和沸腾传热系数没有明显的影响。在同样的热流密度和质量流速下,槽道尺寸的大小对工质的传热系数有较大影响,槽道尺寸越小,传热系数越大,也就是说当量直径越小,换热效果越好。最后对本实验结果和已有的关联式进行了比较,结果表明现有的关联式都不能很好的预测本实验结果。 两相流流动实验结果表明:在去离子水中加入纳米流体会增加流体的两相摩擦压降,但是增幅不大。两种工质的两相摩擦压降均随着出口干度的增大而增大。在同一出口干度条件下,质量流速越高,工质的两相摩擦压降越大。在不同进口温度,同一槽道的各变化曲线在误差范围内是吻合的,进口温度对两相摩擦压降没有实质影响。槽道尺寸的大小对两相摩擦压降有较大影响,尺寸更小的微槽道其两相摩擦压降要更大一些。在相同的工况下,Al2O3-水的压力波动范围要大于去离子水,另外,两种工质的压力波动均随着热流密度的增加而增加。


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