微通道内水的单相流动与传热特性的实验

设计的微尺度流动与换热实验测试系统,主要研究水于小雷诺数下在微通道中受热单相流动的水力特性和传热特性。通过对相关的实验数据进行分析计算,表明水在微通道内流动时的压降值与阻力系数值均大于传统理论预测值,而传热特性的实验结果则与传统理论较为吻合。     

三角形变截面流道单相传热与阻力特性的实验研究

设计并搭建了单流道单相传热与流动实验装置,对变截面流道进行了强制对流传热与阻力特性实验研究.通过实验方法比较了不同孔错开间距对变截面流道传热与阻力性能的影响,得到了变截面流道传热因子j、阻力因子f与Re数的关系.实验结果表明:在冷态条件下,不同进口温度对阻力因子的影响很小,这一结论在恒热流密度下同样体现出来;在恒热流密度下,前后排孔镨开间距最大的变截面流道(TC1)阻力较大,但其传热性能最优;传热因子j与阻力因子f随着Re数的增大而减小,随着孔错开间距的增大而增大.     

微通道中临界热流密度的实验研究

对当量直径0.5 mm,有效加热长度45.0 mm的微通道进行了临界热流密度的实验研究.表明临界热流密度随工质质量流速和进口过冷度的增加而增加.基于实验数据给出了临界热流密度与Weber数、进口过冷度的关联式.实验还发现微通道中的临界热流密度现象不同于常规通道.微通道中临界热流密度的产生是由于微通道的蒸汽阻塞.在达到临界热流密度之前,微通道的流动和传热主要是周期性的过冷流动沸腾,从微通道逸出的汽泡和进入微通道的液体反复交替冲刷微通道.一旦达到临界热流密度,微通道中的流动和传热主要是一个蒸汽周期性逸出的过程.一直持续到过热蒸汽的出现,直到最后整个微通道被过热蒸汽阻塞.     

微通道截面形状对冷凝传热特性的影响

实验研究水蒸气在水力直径为1 mm的半圆形微通道内的冷凝传热特性,获得微通道冷凝传热系数随着质量流速的变化规律。运用计算流体力学(CFD)数值模拟方法,建立半圆形微通道物理模型,以实验数据验证数值方法的有效性。以甲烷作为相变介质,数值分析了气态甲烷在矩形、半圆形与三角形不同截面形状微通道内冷凝传热过程。结果表明:微通道的压降和传热系数随质量流速的增大而增大;质量流速一定时,相比矩形和半圆形微通道,三角形微通道的压降和冷凝传热系数更大。     

微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m²将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度DT_sub=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界...     

管束间狭窄通道单相及沸腾流动传热实验关联式

以R113为工质,对不同当量直径管束通道内的流动传热特性进行了实验研究.在对单相强制对流实验数据与Sieder-Tate、Dittus-Boeher和Gnielinski公式的计算结果进行比较的基础上,得出了适合管束间狭窄通道的单相强制对流传热关联式;通过分析管束间狭窄通道中流动沸腾的传热特性,得到了可用于该通道的流动沸腾传热实验关联式,且计算值与实验值吻合较好.     

基于热阻网络模型的铜基微通道热沉设计优化

研究表明微通道的截面形状、尺寸以及数量显著影响流体在通道中的传热性能。基于热阻网络模型和计算流体力学(CFD,computational fluid dynamics)模拟,对适用于流动沸腾散热的铜基微通道设计进行了热性能分析。根据实验和模拟计算结果,在确保微通道内热边界层发展区满足恒定壁温条件下,8个平行的尺寸为200μm高,800μm宽,10 mm长的铜基微通道阵列即可满足一般的流动沸腾应用所需要的对流散热量(如6 kW/m~2)。该微通道热沉设计可以在30 min内达到稳定,也可以在相对较短的时间内将目标系统维持在稳定的合理工作温度。此外,实验结果表明在微通道入口处的流体冲击流动可以提高微通道壁面与工作流体之间的对流换热系数,并且在很大程度上降低了壁温。     

不同截面微通道中流动阻力特性

实验研究了微通道内去离子水的流动阻力特性,微通道当量直径范围De=0.210～1.069mm,雷诺数范围Re=102～104,截面形状分为矩形、半圆形及三角形.通过测量微通道沿程压降及出、入口局部压降随流量变化关系,获得了沿程阻力系数及局部阻力系数.结果表明:当截面形状相同时,摩擦阻力系数随着当量直径的减小而降低;当量...     

考虑边界滑移的微通道热沉传热传质性能研究

考虑固液界面边界滑移条件,研究了具有矩形、椭圆形和三角形这3种不同截面形状的微通道热沉的传热传质性能。研究发现,随着滑移长度的增加,流体阻力逐渐减小,对流传热系数逐渐增大。具有相同滑移长度和截面形状的微通道热沉的流体阻力和对流传热系数均随水力直径的增加而减小。在微通道截面面积相同的条件下,三角形微通道热沉的对流传热性能最差;对于椭圆形和矩形微通道热沉,当水力直径小于某一临界值时,矩形传热效果更优,而大于这一临界值时,椭圆形传热效果更好。     

玻璃质微通道流动阻力特性的数值模拟

针对湿法刻蚀玻璃微通道截面具有圆角形状的特性,采用Fluent6.3软件,对以水为介质的圆角形微通道内的流动特征进行数值计算研究。基于层流流动模型,对不同雷诺数Re、不同形状因子下圆角形微通道的流动压降进行数值模拟;通过结果整理与分析,拟合圆角形微通道Poisueille数Po随截面形状因子α变化的经验公式,即Po=10.161 1-2.408 5α+0.166 0α2+0.480 9α3-0.197 9α4+0.023 4α5;对此经验公式在不同微通道截面和不同黏度流体流动条件下的适应性进行了验证。研究结果表明:雷诺数与截面形状对圆角形微通道流动压降有很大影响;当截面宽度一定时,压降随雷诺数和形状因子的增大而增加;在所研究的雷诺数范围内,圆角形微通道Poiseuille数不随雷诺数的变化而变化,而随截面形状因子的增大而减小;当雷诺数0.01≤Re≤40、截面形状因子0.4≤α≤3.2时,本文中介绍的圆角形微通道阻力系数经验公式均适用。     

柱状散热结构对流换热过程仿真优化研究

文章研究了一种柱状结构散热器,与传统平板直肋片散热器相比,增大了换热面积,提高了散热效率．运用CFD软件ICEPAK对散热器的柱排列方式及截面形状进行了数值模拟,通过对散热器表面的流场、温度场和压力场的分析,获得满足要求的散热器最优结构．结果表明：菱形错排具有最优的散热效果,确定了柱截面面积存在着最优值．     

Effect of Heat Transfer Coefficient on the Temperature Gradient for Hollow Fiber

The heat transfer coefficient h caused by blowing affects the heat transfer of fiber greatly. Especially, unsymmetrical blowing forms the unsymmetrical temperature gradient on the fiber cross-section. Based on the results of spuming simulation by computer, the changes of heat transfer coefficient on the cross-section along the spinning line and the effects on distributions of temperature gradients were discussed. It is showed that for the spuming simulation of hollow fiber under strong blowing condition, the heat transfer coefficient should be modified as :     

变截面管管内传热与阻力性能研究

根据正交实验设计提出了9种变截面管强化传热管的结构尺寸,并由实验结果回归得到了变截面管的传热与阻力关联式,经过管型的分析比较,筛选出性能比较好的变载面管尺寸参数。     

引入惰气强化对流传热过程研究

引入惰气增强传热具有清洁、增加的压力降小和不干扰流体流动等优点．在传热实验装置的竖直向上矩形管道入口处引入氮气,通过对一般对流传热与引入氮气情况下的传热实验进行对比,考察了引入氮气对传热的增强作用。结果表明：混合对流传热时。传热的增强更加显著,引入惰气对对流传热的增强程度要明显好于对过冷沸腾传热的增强．通过对惰气增强传热的机理进行分析,提出惰气对传热的增强作用,是气泡引起液速增加而产生的湍动增强和气泡滑移而产生的边界层湍动增强这两种机理叠加作用的结果。     

粗糙微通道内稀薄气体流动与换热的蒙特卡洛直接模拟

采用Delaunay三角化方法对计算区域进行网格划分,开发了适合于非结构化网格的蒙特卡洛直接模拟程序,并对程序的正确性进行了验证.在此基础上模拟分析了粗糙元为三角形的平行平板间微通道内稀薄气体的二维流动与换热.通道进出口压力固定,上下平板温度恒定.计算分析了粗糙元高度、宽度以及分布密度的影响.结果表明:微通道内粗糙元对流动与换热有明显的扰动;随着粗糙元的变大,速度跳跃显著,甚至出现漩涡,增加了通道内的压力损失;但粗糙元增强了微通道壁面与气体之间的换热.     

微槽平板传热实验研究(英文)

本文以甲醇为工质实验考察了方型微槽结构平板的传热特性,测试了6种不同尺寸实验段的传热数据,发现槽内单相液体对流随加热负荷或壁温升高有传热与流动形态的变化。分析表明,这种形态变更与微槽内液体因壁温升高引起的明显物性变化密切相关。文中分析了液体流速、温度以及微型结构的几何尺寸对传热及流动形态变化的影响。实验还发现微槽结构内的流动核沸腾与通常情况存在明显差异。本研究为微尺度传热的高技术应用和深入的理论研究提供了实验依据。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响．通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性．计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理．     

计算机芯片二维模型自然对流散热的激光散斑法研究

本文介绍了带凸台竖直平行通道的自然对流的散热问题,给出了激光散斑杨氏干涉条纹的照片,绘制了不同情况下的温度分布曲线,整理出了换热的准则关系式.     

强化流动沸腾换热机理的研究

流动沸腾的强化在各种高效换热元件中起着愈来愈重要的作用。本文依据前人对管内流动沸腾强化换热实验的部分数据，对强化机理、效果和方法进行了研究。结果表明，某一换热强化方法的有效性与换热方式有关，即与换热方式是对流机制还是核沸腾机制占主导地位有关，并初步给出了两种机制分类的可能性判据。     

竖直管内降膜-高速空气环状两相流的蒸发换热特性理论分析

通过理论分析，研究了竖直传热管内降膜－高速空气环状两相流的蒸发换热特性。结果表明，在直径2－3mm的细小管内，重力的影响可以忽略，气液间摩擦力起支配作用；在直径10mm左右的普通尺寸管内，重力的影响不能忽略；在直径更大的管内，重力的影响起支配作用。对定热流密度条件下的换热特性得到了数值解并整理成简化计算公式。研究结果对竖直传热管内水－空气两相流蒸发换热特性提供了一种基本的流动和传热规律。