基于汽泡動力學(xué)的微通道沸騰流動不穩(wěn)定性研究.pdf

1、相變換熱作為一種更為高效的冷卻方式被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，電子冷卻應(yīng)用中微通道的相變冷卻過程中易出現(xiàn)流動不穩(wěn)定性現(xiàn)象，因此關(guān)于該問題的研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。本文搭建了一套適合于研究微通道內(nèi)流動沸騰現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并通過電火花加工技術(shù)加工了包含有14條并行矩形微通道的熱沉實(shí)驗(yàn)段，單條微通道的水力直徑小于200μm。借助于可視化觀測和多參數(shù)同步測量技術(shù)以去離子水為工質(zhì)，對平行微通道內(nèi)的流動不穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，然后綜合可

2、視化結(jié)果及溫度、壓力、壓差、流量等參數(shù)測量結(jié)果進(jìn)行了理論分析，期望豐富對平行多微通道內(nèi)的流動不穩(wěn)定性現(xiàn)象的認(rèn)識。
　　通過對壓降—流量特性曲線的分析研究了工況參數(shù)對平行微多通道靜態(tài)流動不穩(wěn)定起始點(diǎn)（OFI點(diǎn)）的影響，結(jié)果表明：（1）進(jìn)口過冷度一定的情況下，隨著熱流密度的增大，壓降—流量特性曲線的最低點(diǎn)靜態(tài)流動不穩(wěn)定起始點(diǎn)（OFI點(diǎn)）會向質(zhì)量流速大的方向移動。熱流密度一定的條件下，隨著入口過冷度的提高，壓降—流量特性曲線的最低點(diǎn)靜態(tài)

3、流動不穩(wěn)定起始點(diǎn)(OFI點(diǎn))會向質(zhì)量流速大的方向移動。（2）針對平行微多通道動態(tài)流動不穩(wěn)定性所關(guān)注的溫度、壓力等參數(shù)的震蕩特性的研究中發(fā)現(xiàn)：在熱流密度和入口溫度一定的條件下，隨著質(zhì)量流速的降低，系統(tǒng)由穩(wěn)定沸騰模式進(jìn)入非穩(wěn)定沸騰模式，壓降的波動幅值逐漸增大。
　　結(jié)合可視化結(jié)果對穩(wěn)定沸騰模式及非穩(wěn)定沸騰模式下的流型以及參數(shù)波動情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定沸騰階段的小汽泡一般不能持續(xù)長大，而是在來流液體較大慣性力的作用下被沖向通道下游。

4、盡管在質(zhì)量流速較小的情況下也有汽泡聚合形成的拉長汽泡的出現(xiàn)，但是不足以阻止來流液體進(jìn)入通道因而只會引起進(jìn)口壓力小幅度波動。在非穩(wěn)定沸騰階段，由于壁面過熱度較高，來流液體慣性力相比穩(wěn)定流動沸騰模式下較小，汽泡快速生長到通道尺寸大小，并受到壁面的擠壓作用堵塞通道甚至產(chǎn)生汽核倒流現(xiàn)象，或者汽泡在拉長過程中很快與周圍汽泡聚合形成較大的汽核阻止液體進(jìn)入通道，這樣周期性的汽液交變流動造成進(jìn)出口壓力周期性的波動。
　　汽核堵塞通道甚至汽核倒流和

5、液體回沖現(xiàn)象的出現(xiàn)造成通道內(nèi)液相/汽相的交變流動，從而引起進(jìn)口壓力的大幅度波動。本文對于微通道內(nèi)的汽核倒流和液體回沖現(xiàn)象所引起的參數(shù)波動進(jìn)行了分析，建立了一個(gè)簡單的矩形微通道內(nèi)的基于汽核倒流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)引起進(jìn)口壓力波動的數(shù)學(xué)模型。該模型假設(shè)汽泡在矩形微通道內(nèi)的生長過程分為三個(gè)階段，即自由生長階段、部分受限生長階段和完全受限生長階段。在汽泡完全受限階段當(dāng)汽泡長度拉長到一定程度時(shí)會出現(xiàn)汽泡的倒流現(xiàn)象引起通道進(jìn)口壓力突然增加，汽泡在進(jìn)出口的巨大