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微槽道内流动沸腾可视化实验研究与分析

王际辉  
【摘要】:近年来,微系统的发展使得有关微尺度方面的研究方兴未艾,微尺度下的传热传质问题也成为研究热点之一。沸腾换热本身已经是一个复杂的课题,微尺度下的沸腾换热研究的难度更大。沸腾的流体在狭小的空间内展现出多变的流动形式,使我们难以清晰地认识其流动和换热的机理。因此近年来对微尺度流动沸腾的研究出现了各种不同的结论,但至今仍没有得到一致的实验规律,有的结论甚至还相互矛盾。根据科学发展的一般规律,我们相信,未来总有一天我们会清楚地认识到微尺度下流动沸腾的机理;但在此之前,需要我们积累大量的数据。本文通过对微槽道内流动沸腾实验和可视化的实验,一来为微尺度领域的研究丰富实验数据;二来通过自己的工作,尝试探讨微槽道内流动沸腾的机理。 本文第1章回顾了前人关于微槽内流动沸腾的研究工作,简单列举了他们的工作和结论,并由此总结出前人的研究方向——换热特性、压降特性和流型可视化研究三大方面,实验也是按照这三部分进行。 第2章主要介绍了实验思路和原理、实验台的搭建和数据处理方法。实验思路中详述了自己的实验方案和手段,以及对实验中一些关键问题的解释。实验台部分详细介绍了实验装置、实验件的加工和遇到的困难,并对主要的实验器材进行了简单介绍。数据处理则是在实验原理的基础上对本实验的数学描述,列举了换热和压降计算的思路与公式。 第3章是换热和可视化实验部分。我们对两道微槽进行了实验,文章中我们称之为微槽甲和微槽乙,微槽甲宽0.4mm,深0.4mm;微槽乙宽0.4mm,深0.2mm,各自实验。选择不同的进口温度、质量流速等参数,通过间断地增加电流使得加在微槽上的热流密度不断升高,从而干度x越来越大,得到各工况下换热系数h与干度x的变化关系,进行全面的分析比对,并与前人的结果比对,由此总结换热规律。在同步进行的可视化实验中,时刻监视流型的变化,并根据流型来解释得到的h-x曲线在不同工况下的趋势。 第4章是压降特性实验部分。实验段仍是微槽甲和微槽乙,得到各工况下的压降△p与热流密度q_e的关系,以及两相摩擦压降修正因子Φ_(FL)~2凡与L-M参数X的关系。分析比对各工况下的△p-q_e和Φ_(FL)~2-X曲线,并对其趋势进行解释。最后


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