竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究,并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型.研究结果表明,理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低,矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响.     

滑移流区定热流密度加热下微矩形槽道内的换热

利用正交函数法对定热流密度加热条件下,气体在微矩形槽道内层流热充分发展滑移流动的换热特性进行了理论分析,获得相应条件下的NusseIt数计算方法及换热特性计算式,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及动量协调系数和热协调系数等对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响,得到了微正方形槽道的平均换热系数关联式。结果表明：微矩形槽道内的平均NusseIt数低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的NusseIt数,且随Kn数的增加而减小,微槽内平均NusseIt数随高宽比变化的曲线也越平坦。     

潜热型功能热流体在微矩形槽道中的流动换热特性

将潜热型功能热流体加入到微矩形槽道中,并搭建实验台,对槽肋比分别为1∶1(1#槽道)和1∶2(2#槽道)的两个矩形微槽道内潜热型功能热流体的换热性能进行了实验研究。结果表明:雷诺数相同时,1#槽道质量浓度大时量纲壁面温度高,2#槽道质量浓度小时量纲壁面温度高,同时1#槽道质量浓度大时局部努谢尔数低,2#槽道质量浓度小时局部努谢尔数低,二者呈现了不同的特性;潜热型功能热流体沿着槽道长度方向的强化换热与潜热型功能热流体质量浓度及槽道结构有关,存在最佳的强化换热结构和浓度。     

微槽群结构对微纳复合表面汽泡周期的影响

将涂有250 nm钛纳米涂层,且具有不同微尺度结构的微槽群竖直放置,采用高速摄影技术对热沉中的汽泡周期进行可视化研究.研究结果表明：当热流密度较小时,汽泡周期随着微槽深宽比的增加而减小;随热流密度的增大,汽泡周期逐渐减小;微尺度效应对汽泡周期的影响随着热流密度的增加而减弱.     

振荡条件下竖直微槽群内接触线变化特性

借助于高速摄像机,对不同结构毛细微槽内三相接触线的变化特性进行了实验研究。研究表明:高热流密度加热情况下,微槽内薄液膜区域会沿着微槽轴向发生攀爬和收缩的趋势,三相接触线会发生周期性振动;液池内工质处于微幅振荡状态时,微槽内接触线长度大于工质处于静止状态时的长度;随着微槽宽度的增加,三相接触线长度会逐渐增加;随着微槽深度的增加,三角形区域润湿长度也会逐渐增加;微槽越宽或者越深,三角形区域润湿长度增加越明显。     

毛细表面张力引起的液体液动再湿润

讨论炽热表面毛细表面张力引起的液体流动再湿润物理模型，着重分析多孔表面层内和周向微槽表面的再湿润过程，实验研究及测试结果证实了理论分析的结论以及所揭示的再湿润规律和特性。     

微小型多槽平板热管的流动和传热分析及实验研究

对热管内部的流动和传热传质过程建立模型，分析槽道中液体厚度和弯月面的轴向分布，液体和蒸汽的压力、汽-液界面弯月面半径的轴向变化、汽一液界面流动的相互作用以及管壁的轴向导热，通过计算得到热管的外壁面温度分布和传热性能。同时对一种微小型多槽道平板型铜-水热管进行了性能实验，理论计算和实验数据进行了比较，计算方法得到了实验验证。     

箭型排布的矩形微槽平板上液膜流动特性

光滑平板降膜受表面张力和接触角的影响易收缩成溪流,导致传热表面出现干斑,为解决这一问题,提出箭型排布的矩形微槽平板。通过可靠的computational fluid dynamics（CFD）计算模拟两相流理论,建立三维非稳态平板降膜数学模型,研究了箭型排布的矩形微槽平板上的液膜流动特性,并探究了微槽宽度、深度及箭型夹角对液膜在平板上铺展效果的影响。结果表明：箭型排布的矩形微槽可有效增大液膜在平板横向的铺展面积,使液膜润湿面积增大,减少平板表面干斑;在120°箭型结构下,矩形微槽最优参数为宽0.5 mm,深0.3 mm,此时可将比湿面积由光板表面的62%~89%提高到84%~94%;低雷诺数时,120°箭型结构对液膜横向铺展引导效果显著,雷诺数增大时,90°箭型结构引导效果更好。     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

碳纤维丝束表面润湿性能的红外热成像法观测

碳纤维表面的润湿性能是影响碳纤维复合材料性能的重要因素.由于碳纤维的丝径过小以及测量工质的透明特征,在采用传统的润湿性能测试方法测试时操作要求苛刻和润湿边界模糊,实验的可重复性小和误差较大.为此,文中提出了一种新的碳纤维毛细润湿红外热成像观测法,观测了光滑形貌和粗糙形貌碳纤维表面的润湿性能,考察了碳纤维丝束润湿高度随时间的变化趋势,并将实验结果与毛细上升的经典理论LaplaceWashburn模型进行对比.结果表明,碳纤维丝束在快速润湿阶段的润湿高度与润湿时间的平方根成正比(h∝t),在过渡阶段的润湿高度与润湿时间的立方根成正比(h∝3t),与理论研究结果一致,从而验证了红外热成像法观测的碳纤维丝束润湿高度实验数据的准确性,可用于表征碳纤维丝束的表面润湿性能.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

双疏水表面润湿和传热动力学研究

为实现润湿图案化的超疏水表面在航空电子设备散热中的应用,本文对液滴撞击双疏水表面(具有疏水性图案的超疏水基质)的润湿行为和传热特性进行了分析.通过使用高速相机和红外相机,我们获取了液滴铺展和回退阶段的动力学以及表面温度和热流量的相应空间分布.本文研究了液滴撞击超疏水、疏水和双疏水表面上的动态润湿和局部传热的差异.此外,本文还分析了表面温度和撞击高度对液滴撞击过程的影响.结果表明,所有表面在铺展阶段都具有相同的润湿特性和相似的传热行为.表面温度变化并不能对铺展阶段表面润湿特性产生较大的影响,液滴铺展时间与表面温度和撞击高度无关.在回退阶段,表面润湿特性的差异使得三个表面之间的传热特性明显不同.双疏水表面特殊润湿特性使得回退阶段液膜的接触线速度存在跳变现象,形成了许多小液滴,增加了接触面积,同时又兼具了超疏水表面的回弹特性.     

微槽群内汽液界面温度分布的红外热成像

采用红外测温仪测量了液体工质在受热微槽表面的温度场分布,实验研究结果表明:相同深度条件下,较窄的微槽液体工质温度分布较均匀;相同宽度条件下,深度对微槽内液体工质温度分布的影响不大.在较小的热流密度条件下,深度相同时,较窄的微槽汽液界面平均温度较低,宽度相同时,深度的变化对汽液界面平均温度的影响不明显;在较大的热流密度条件下,深度相同时,较窄的微槽汽液界面平均温度较高,宽度相同时,较浅的微槽汽液界面平均温度较高.     

脉动热管的传热极限特性

以蒸馏水和丙酮为工质,对多种工况下脉动热管的传热极限进行了实验研究．在分析脉动热管加热段和冷却段温度变化的基础上,归纳出了整体干涸型和局部干涠型2种传热极限的表现形式;分析了其产生机理：干涸导致传热极限的产生,再湿润引起传热极限表现形式不同．研究还发现,传热极限随着倾角、充液率的增加而增大;在倾角为0°时,热管工质为水时的传热极限低于工质为丙酮时的传热极限,在60°时,前者的传热极限却高于后者．     

相变蓄热器多温位释热特性模拟研究

针对翅片管式相变蓄热器多温位释热过程进行数值模拟,分析其多温位相变传热过程的放热特性。结果表明,蓄热器低温级相变材料温度的变化速率高于高温级相变材料温度的变化速率,这是因为蓄热器低温级制冷剂流量高于高温级制冷剂流量,且低温级制冷剂出口温度与相变材料的温差高于高温级。采用热焓法对单管蓄热器模型在第一类边界条件下的融化和凝固过程进行数值模拟,并与实验测得的数据进行对比,模拟分析蓄热器高、低温级液相率及温度变化情况,综合分析相变传热过程的蓄放热特性,为进一步优化蓄能除霜过程高、低温级能量分配提供理论基础。     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

A new model for analyzing laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid

In this paper, a new model to analyze laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid is developed. The main characteristics of the model are- i) a new formula of the specific heat at constant pressure is used; ii ) a real heat transfer process is considered; that is, heat transfer processes occur not only between working fluid and microcapsules, but also between the mixture and tube wall; iii) the new method, which combines the newly developed axisymmetrical dual reciprocity boundary element method (DRBEM) with finite difference method (FDM), is used to solve the control equations of this problem. The new model is validated by experimental data. Some new physical results on the variational characteristics of the specific heat at constant pressure with space and time during phase-change process, the time-marching history of the phase-change interfaces and so on are obtained. Several main physical factors that affect enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid are numerically analyzed. Some new understandings for the mechanism of enhanced heat transfer in the functionally fluid are obtained.     

相变材料蓄冷球蓄冷过程的研究

采用了焓法模型对一种新型的相变材料在球内的凝结过程中进行了数值求解，得到了在第一类边界条件下相变时间与球径和传热温差的关系，以及相变界面位置变化与相变时间的关系等结果。该结论可以指导各种蓄冷器的设计和系统的蓄冷控制。     

相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明：在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.