压当热流密度很高时,微通道内的流体会产生不稳定现象,沸腾两相流时而向前流动,时而逆向流动,流道内产生的气泡不易排出,从而引起系统温度与压力的剧烈振荡,而此不稳定性的振荡也一方面造成器件一定的热应力,另一方面抑制传热能力甚至烧毁电子器件。因此许多研究都致力于改善微通道在沸腾传热下的不稳定性。同时把这种损失也叫做压力损失。对于微通道沸腾研究,它一个重要指标,通过对其特性的研究,不仅为探索流动沸腾换热机理提供实验依据,还可以为工程实例提供技术上的资料。下面我们着重介绍各位学者对于压力损失的研究。86828

首先,流态的发展对于压力损失是一个重要参数,但是对于不同尺寸的微通道,工质流动的发展是不一样的,会导致不同的压力梯度。而压力损失只是流道横截面几何尺寸、质量流率以及流体物性的函数,学者们采用了不同的处理方法,主要分为均匀模型法、分相流动模型法、流型模拟法和漂移流动模型法。流型模拟法和漂移流动模型法由于考虑到不同的流型或考虑截面含汽率沿截面的变化,应该有更好的精确性。但是由于计算复杂和研究不够充分等因素,还未在工程实际中广泛应用。论文网

一般认为微通道中仍然存在核沸腾与强制对流沸腾,但是流动沸腾展现了不同于大管的双相流动型态,而是以延展气泡流、受限气泡流以及环状流最常被观察到。延展气泡是因小气泡的成长或是结合,形成与流道尺寸相当的大气泡,往往会充塞整个流道截面,仅有一薄液膜覆盖于壁面,而气泡与气泡间则有作为间隔的液袋隔开。低质量流率情况下常规尺寸水平横管内强制对流沸腾的流型示意图

单相液体工质被加热时,气泡未产生时,管内的换热形式为单相过冷液体对流换热。随着温度的升高,当流体到一定距离时,与壁面直接接触的这些液体达到饱和点,液体受热产生气泡,但此时,绝大部分液体并为达到饱和状态,所以我们称这个时候的沸腾状态为过冷沸腾。沿着流动方向继续加热,绝大多数流体达到饱和状态,我们称这个时候为管内流体的饱和沸腾状态。由图1-4还可以看出,沸腾换热与流体形态之间有着很大的联系。其中包含两个重要的换热模型区,强制对流蒸发,主要集中在沸腾前期;第二种为核态沸腾,也叫泡态沸腾,顾名思义,也就是气泡大量产生的一种沸腾方式,当发生核态沸腾换热时,热量主要依靠气泡汽化时吸收汽化潜热、气泡顶部完成凝结所需的凝结换热、气泡扰动导致热量交换以及气泡密集层之间的单相对流的传热等传递热量。但随着液膜蒸发,干度增加,环状薄膜开始不断变薄。当液膜厚度到达一定的临界值时,气化成核条件不足,气泡将不再产生。这时传热是通过环状液膜导热和气液交界面的蒸发以及管道中心两相流的高速流动来维持的。这个阶段被称为强制对流蒸发。在这一阶段,由于管道中心的高速气液流动和气液面的强烈蒸发,壁面和主流的温差进一步减小,换热系数比之前提高。最终流体被蒸干,进入单相流动换热区。以下是一些学着对于流动特性的一些研究。

Qu and Mudawar[8]使用DI water在多平行矩形微通道中进行沸腾传热的实验,并发展临界热通率的经验公式。实验观察发现,当系统接近临界热通率时,由于气泡剧烈的成长,造成逆流现象的产生,气泡将液体往入口的方向推挤,使得流体无法顺利进入流道,流道内部呈现干烧的状态,造成系统温度与压力的剧烈震荡,并且降低了传热的能力。

Hetsroni等人[119]探讨三角形结构多平行微通道,在沸腾情况下的不稳定性,工作流体为水和乙醇,由实验结果发现在固定的质量流率下,压力和温度的震荡随着热通率的提升而增加。

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