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竖直矩形窄缝内饱和流动沸腾传热

梁祥飞  
【摘要】:窄流道内饱和流动沸腾具有传热系数高、传热温差低的特点,适合制造紧凑 式高效换热元件。这一新型无源传热强化技术广泛应用于微电子散热、低温制冷、 空调、化工以及航空航天等领域。 对于窄矩形流道内饱和流动沸腾传热,国内外多集中于低潜热工质的实验研 究,理论研究少见报道。 本文首次对竖直矩形窄缝内饱和流动沸腾时的汽液分相流动区建立了两相同 向分相流动沸腾传热模型。以水为沸腾工质进行了数值计算,传热系数的模型预 测值初步与已有实验关联式作了比较,两者基本吻合,并得出如下结果: (1) 液膜导热是竖直矩形窄缝内汽液分相流动区沸腾传热的主导机理; (2) 含气率相同时,液膜厚度随入口压力增加而增加,随间隙减小和质量流 速增加而减薄,但减薄的趋势随含气率增加而减缓; (3) 间隙的相对变化对膜厚的影响大于质量流速的相对变化对膜厚的影响; (4) 间隙相同时,滑速比随质量流速的增加而增加,随液相雷诺数的增加而 减小:质量流速相同,间隙增加时,滑速比随液相雷诺数的增加而减小的趋势相 对减弱; (5) 摩擦压力梯度占总压力梯度的份额随含气率、质量流速增加而增加,且 增加趋势随含气率增加而减缓,所占份额随流道间隙减小而增加,随入口压力升 高而减小; (6) 对于低热流密度和高潜热工质而言,可以忽略界面蒸发项的影响。 以水为沸腾工质对竖直矩形窄缝内饱和流动沸腾传热做了实验。初步的实验 结果与常规尺寸圆管的经验关联式比较表明,竖直矩形窄缝内饱和流动沸腾传热 强化因子可达1. 25-2. 0。 基于本文理论模型的分析结果,为竖直矩形窄缝内汽液分相流动区沸腾传热 建立了半经验关联式的骨架形式。


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