论文摘要
针对目前以及未来能源可持续利用和环境保护,强化传热是一个非常重要且经久不衰的主题。本文的研究对象为可以用于强化传热的微小通道和外径较小(≤5mm)的微翅片管。两者流动沸腾的主要相似点为表面张力都不能忽略且开始起主导作用。考虑到微小通道与常规通道沸腾两相流的差异以及重力、表面张力、惯性力和粘性力等的影响,本文提出了区分常规通道到微小通道两相流的临界准则：BoRe10.5=200&Bo=4。当BoRe10.5≤200&Bo≤4时,为微小通道,气泡被限制生长,常规通道两相流机理不再适用；否则为常规通道两相流。将BoRe10.5≤200与Bo≤4相结合,既能保证在较大液态雷诺数时气泡被限制生长,也能保证在液态雷诺数较低时名义气泡脱离直径大于水力直径。文献中已有大量微小通道流动沸腾实验数据。本文通过对收集的微小通道沸腾换热,压降和临界热流量数据库进行数据拟合,结合流型和换热机理分析,获得了基于流型的传热系数预测模型和通用的压降和临界热流量预测关联式。这些关联式已被相关最新文献引用并认为具有较高的预测精度。本文所发展的基于流型的沸腾换热预测模型不仅具有较高的统计预测精度,而且能较好地预测传热系数随各参数比如干度,质量流量和热流密度等的变化趋势,进而有助于理清微小通道内流动沸腾换热机理。通过对压降和临界热流量的数据分析,进一步验证了本文提出的区分常规通道到微小通道两相流的临界准则是可行的。微通道流动沸腾中的主要挑战是沸腾起始点较高、压降较大和由限制气泡或拉长气泡快速膨胀导致的回流引起的较大压力/温度波动和流动不稳定性,因此非常有必要对微通道沸腾换热进一步强化和发展下一代微通道。本文对相关微通道沸腾换热强化措施进行简要分类并在此基础上提出可将基于流型的强化换热方法与复合强化技术相结合发展超级冷却微通道的散热模式。对于外径较小的微翅片管,实验数据相对较少。本文首先对外径较小的微翅片管进行流动沸腾实验,研究微翅片参数对流型、压降和换热的影响。然后基于实验数据,提出了适用于间歇流和环形流的换热系数半经验预测模型。该预测模型不仅能很好地预测本实验数据和文献数据,而且能较好地预测换热系数随干度、质量流量、热流密度等参数的变化。同时该模型还能解释不同操作条件下微翅片管内流动沸腾换热机理。