基于氧化石墨烯微加热器的微气泡研究

氧化石墨烯具有良好的光热转换效率,能在微纳米尺度的区域内形成热梯度场。利用氧化石墨烯沉积在微纳米光纤表面可组成微加热器,输入红外光（ASE宽带光源产生的光）,微加热器会加热周围液体,并在微纳米光纤上产生微热气泡和椭圆形微气泡,但两者产生的行为方式不同。结果表明,微热气泡直接形成于氧化石墨烯微加热器表面,而当微加热器置于气液交界面时,椭圆形微气泡则形成于微纳米光纤上。该研究结果加深了对微气泡物理行为的认识,对发展新兴的基于气泡的光热转化设备起到了推动作用。     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

过冷池沸腾中气泡聚并对壁面换热影响的实验研究

该文实验研究了气泡聚并对核态池沸腾换热的影响。在恒壁温的边界条件下,利用微加热器阵列加热液态FC-72产生气泡,同时利用高速数据采集系统测量特定区域的热流密度。由于气泡之间液体层的蒸发和气泡聚并后产生的振荡,沸腾过程中发生气泡聚并时热流密度的波动远强于加热表面仅有单气泡生成时的情形。与单气泡成核相比,气泡聚并所产生的振荡提高了加热表面的再润湿频率,从而显著增加了平均传热。观测还表明,由于气泡之间的液体层被仍处于惯性生长阶段的气泡推离,气泡聚并速度非常快时并不会伴随热流量的增加。实验结果表明:当无量纲的聚并数Ncoal0.2时,气泡聚并能够增强换热;反之,当Ncoal0.2时,气泡聚并则会减弱换热。     

脉冲激光加热下超急速爆发沸腾现象观测

以不同体积配比的纯丙酮/乙醇混合液体为实验工质,进行了脉冲激光加热下超急速爆发沸腾的实验研究.采用快速瞬态温度检测系统测定了爆发沸腾过程中金属薄膜表面温度变化规律,采用显微放大摄影系统观测与拍摄了液体工质产生爆发沸腾时气泡生成与运动的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比及工质中加入纳米颗粒等因素对超急速爆发沸腾的影响规律.     

制冷工质R11池沸腾换热气泡行为的可视化研究

采用可视化实验技术对压力为0.1MPa的条件下、制冷工质R11池沸腾气泡行为进行了深入观察和分析．可视化实验结果表明，气泡底部微液层的蒸发对气泡的生长具有极其重要的作用．在气泡生长过程中，未发现气泡底部的微液层有液体补充．研究结果表明，随着壁面过热度的升高，气泡脱离直径与脱离时间减小，而气泡脱离频率升高．此外，通过对实验图像资料的分析，得到了气泡直径及气泡底部干斑直径随时间的变化曲线以及沸腾表面汽化核心密度随热流变化的关联式．基于实验结果，利用动态微液层模型对制冷工质R11的池沸腾曲线进行了预测，结果显示，预测值与实验值在高热流密度条件下符合较好．     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

PCR芯片中微腔室高度及加热器结构优化设计

对PCR扩增芯片中微加热器的传热及微腔(DNA反应液腔)室的高度优化问题进行了有限元分析,通过ANSYS软件模拟分析了单蛇形、双蛇形以及双螺旋形等典型结构微加热器的温度场分布,分析了不同腔室高度PCR芯片的温度场分布,重点探讨了不同微加热器结构、不同布线规律对PCR芯片微腔室温度分布均匀性的影响,PCR芯片中DNA反应液厚度与芯片上下表面温差的关系.仿真结果表明:均匀加热器比非均匀加热器温度分布均匀性更好;双螺旋形加热器较单蛇形与双蛇形加热器更能满足实际需要;DNA反应液厚度与芯片上下表面温度差之间具有良好的线性关系.同时根据分析结果得到了所设计的具有电极均匀分布双螺旋微加热器的PCR芯片微腔室最佳高度为340μm,能很好满足片上PCR芯片扩增所需的温度环境条件.     

布液方式对水平蒸发管管间流型转换的影响

为了探究液体分布装置布液方式对水平管管间液体流动流型转换的影响规律,采用可视化方法对3种工质、两种布液高度、8种液体分布装置开孔规格下的水平管管间液体流动流型转换进行了实验测量.通过高速摄像机拍摄,得到了流量由大到小(76～4.5L·h-1)调节时管间液体流动的5种流动形态和4种流动流型转换;对比膜雷诺数和伽利略数显示,测量结果与文献数据符合很好,转换雷诺数的最大偏差小于15%.实验结果表明:孔径不变,转换雷诺数随着孔间距增大而增大,孔间距不变,转换雷诺数随着开孔孔径增大而减小;直接布液方式的转换边界大于间接布液方式的转换边界.随着无量纲特征参数的逐渐增大,两种布液高度下的转换边界的差异逐渐减小.当无量纲特征参数大于40时,布液高度对管间液体的流动流型转换几乎无影响.     

脉冲加热下微尺度表面流动沸腾

利用微机电系统(MEMS)加工技术,在梯形微通道内集成特定形状(60 μm×100 μm)的Pt微加热器,通过改变脉冲加热电压及水的流速,采用高速摄像机观察并记录微加热器表面的流动沸腾现象,根据脉冲宽度2 ms下不同流速及热流时微加热器表面的核态沸腾及膜态沸腾现象得到了沸腾流型图.结果表明：在一定流速条件下,随着微加热器的热流增加,核态沸腾及膜态沸腾相继出现在微加热器表面,且核态沸腾开始向膜态沸腾转变;同时,增加水的流速,可使微加热器上发生核态沸腾及膜态沸腾所需的热流量增大.