竖直毛细微槽群热沉中蒸发液体的干涸特性

利用宽视场体视显微镜和CCD摄像系统对纯蒸发换热情形下竖直放置的矩形毛细微槽群热沉中的液体沿微槽槽道方向的流动情况和干涸点高度（润湿高度）进行了观察测量,并对微槽几何尺寸、工质等因素对润湿高度的影响进行了实验研究。实验结果表明：纯蒸发情形下的液体润湿高度随着输入加热功率的增加而陡降;一定热负荷下,微槽较深、较窄以及微槽群密度较大时液体的润湿高度较高;甲醇和乙醇在较低输入加热功率条件下的润湿能力要强于蒸馏水;竖直毛细微槽中液体的润湿特性受重力的影响严重。     

电场对竖直微槽润湿及毛细流动特性影响

竖直微槽群毛细结构广泛应用在重力热管、蒸发器等散热设备内,但受重力等因素影响易达到毛细极限。引入电场的主动强化方式来提高竖直微槽的毛细极限,并通过实验和建立数学模型研究电场对竖直微槽内液体润湿及毛细流动特性的影响。结果表明,电场可以提高竖直微槽内液体润湿高度,当电场为5.0 kV时与无电场时相比,润湿高度强化比可达到30.0%。同时,电场作用下流体在微槽道内的毛细润湿流动呈分段效应：润湿流动初期,润湿高度与时间的1/2次方呈线性关系,即h-t^1/2,润湿速率与润湿高度的倒数呈线性关系,即v-1/h;润湿流动中后期,润湿高度与时间的1/3次方呈线性关系,即h-t^1/3,润湿速率与润湿高度平方的倒数呈线性关系,即v-1/h²,且润湿速率随时间呈下降趋势。     

电场对竖直微槽润湿及毛细流动特性影响

竖直微槽群毛细结构广泛应用在重力热管、蒸发器等散热设备内,但受重力等因素影响易达到毛细极限。引入电场的主动强化方式来提高竖直微槽的毛细极限,并通过实验和建立数学模型研究电场对竖直微槽内液体润湿及毛细流动特性的影响。结果表明,电场可以提高竖直微槽内液体润湿高度,当电场为5.0 kV时与无电场时相比,润湿高度强化比可达到30.0%。同时,电场作用下流体在微槽道内的毛细润湿流动呈分段效应：润湿流动初期,润湿高度与时间的1/2次方呈线性关系,即h-t^1/2,润湿速率与润湿高度的倒数呈线性关系,即v-1/h;润湿流动中后期,润湿高度与时间的1/3次方呈线性关系,即h-t^1/3,润湿速率与润湿高度平方的倒数呈线性关系,即v-1/h²,且润湿速率随时间呈下降趋势。     

电场对竖直矩形微槽群润湿及表面温度的影响

微槽群在热流密度较大时会达到其毛细极限,可通过主动换热方式之一——电水动力学效应对其进行强化。本文为了研究电场对微槽群表面润湿特性和温度分布的影响,采用平板电极提供电场,蒸馏水作为工质,使用高速相机拍摄微槽内液体润湿长度,测量误差为2.97%～7.46%;使用红外热像仪拍摄电场作用下微槽群表面温度分布,测量误差为2.1%～2.39%。热流密度测量误差范围是9.66%～11.11%。结果表明：电场通过驱动微槽内流体向加热区域流动而提升其润湿性能,且较低热流密度下提升更好。因润湿性能的提升,微槽表面温度得以下降。随着电场增强,微槽横向温度分布的“波峰”、“波谷”差别加大,微槽纵向温度明显降低。当热流密度加大时,温降更为显著,1.4W/cm²热流密度、6kV电压下温降可达到30℃以上。温降的增加反映了电场对微槽的强化润湿进一步提升了微槽换热性能,且电场对较高热流情形下的微槽换热有着更为显著的强化效果。     

轴向导热对微通道内传热特性的影响

以去离子水为工质,在当量直径为155.3 μm的三角形硅基微通道中进行了传热特性的实验研究;采用轴向导热与总加热量的比值和轴向导热准则数来分析轴向导热对微通道内传热特性的影响;基于实验结果,对入口段长度进行了计算。根据红外热像仪的测量结果,局部壁面温度沿流动方向上呈非线性规律分布,并计算得出局部Nusselt数沿流动方向上的分布规律。轴向导热与总加热量的比值的变化范围为0.106～0.275,表明轴向导热对微通道内传热特性的影响显著,特别是在Reynolds数较小的情况下。对轴向导热准则数进行了新的修正,在热流密度与入口温度相近的情况下,轴向导热准则数随Reynolds数的增加而减小。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明:电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明：电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

燕尾形轴向微槽道热管的传热特性(英文)

A thermal model for a heat pipe with axially swallow-tailed microgrooves is developed and analyzed numerically to predict the heat transfer capacity and total thermal resistance. The effect of heat load on the axial distribution of capillary radius, and the effect of working temperature and wick structure on the maximum heat transfer capability, as well as the effect of the heat load and working temperature on the total thermal resistance are all investigated and discussed. It is indicated that the meniscus radius increases non-linearly and slowly at the evaporator and adiabatic section along the axial direction, while increasing drastically at the beginning of the condenser section. The pressure difference in the vapor phase along the axial direction is much smaller than that in the liquid phase. In addition, the heat transfer capacity is deeply affected by the working temperature and the size of the wick. A groove wick structure with a wider groove base width and higher groove depth can enhance the heat transfer capability. The effect of the working temperature on the total thermal resistance is insignificant; however, the total thermal resistance shows dependence upon the heat load. In addition, the accuracy of the model is also verified by the experiment in this paper.     

电场强化微槽道结构毛细芯蒸发器的传热特性

该实验以R141b作为工质,采用圆柱形电极,在不同运行压力条件下,实验研究了电场强度对微槽道结构换热表面蒸发/沸腾传热特性的影响。实验结果表明：随着电场强度的增加,传热强化效果越明显;运行压力对强化换热的效果具有重要的影响,在施加相同电场强度的条件下,不同运行压力的强化传热效果明显不同,传热系数最大可强化为未施加电场条件下传热系数的1.28倍。     

电场强化微槽道结构毛细芯蒸发器的传热特性

该实验以R141b作为工质,采用圆柱形电极,在不同运行压力条件下,实验研究了电场强度对微槽道结构换热表面蒸发/沸腾传热特性的影响。实验结果表明:随着电场强度的增加,传热强化效果越明显;运行压力对强化换热的效果具有重要的影响,在施加相同电场强度的条件下,不同运行压力的强化传热效果明显不同,传热系数最大可强化为未施加电场条件下传热系数的1.28倍。     

微/小圆柱针肋热沉传热特性

圆柱形微/小针肋热沉热阻由底板及微/小肋热传导热阻、冷却液与肋间对流换热热阻以及冷却液吸热焓变热阻等组成。以去离子水为冷却液,恒定热流下,进行了叉排排布的不同尺寸的微/小圆柱形针肋热沉的单相强制对流传热实验,实验Re为100～1000,加热功率为50～300 W。实验表明：微/小圆柱形针肋热沉的Nu随Re和加热功率的增大而增大,当Re=600时对     

不同温度下纳米流体对微槽群热沉毛细性能的强化差异研究

基于一维的自适应理论,采用经典的毛细上升法,在室温、40℃、60℃情况下比较分析温度对Fe3O4水基纳米流体强化微槽群热沉毛细性能的影响.结果表明:3个温度下,纳米流体所产生的强化效果随颗粒体积分数的变化规律是一致的,并存在统一的最佳体积分数.纳米流体对热沉毛细性能的平均强化比例随温度的提高呈现先减小后增大的趋势.低体...     

恒壁温下矩形微通道热沉换热特性分析

建立了恒壁温条件下矩形硅微通道热沉的三维模型,对微通道内单相层流的换热和流动特性进行了数值模拟研究,分析结果表明:沿流动方向,热沉流体域的温度梯度大于固体域的温度梯度,且最大的温度梯度出现在入口段;除恒温热沉顶面外,通道顶面的温度最大,通道底面和热沉底面的温度近似趋于定值。通道内的换热研究发现,通道侧壁面的Nu数最大,顶面与底面相差很小,角落处的Nu数趋近于0。     

微通道形状对自相似热沉综合性能的影响分析

自相似微通道热沉(SSHS)作为一种新的换热结构设计,比一般的微通道热沉(MHS)具有更好的综合性能。前期工作通过将内部分流通道改为渐缩式斜坡结构,使内部流量分配不均受到了很大抑制。本文在此基础上,利用数值模拟方法进一步分析了微通道(溢流通道)形状对SSHS流动及传热过程的影响。计算结果表明,原设计中溢流通道内存在较大的低流速区,导致了不均匀的换热过程;将矩形截面微通道改为梯形截面,可以减小溢流通道内低速区的流通面积,从而使微通道内的流动和换热过程更加均匀;进一步对比分析发现,随着溢流通道顶部宽度mw减小,低流速区域占比进一步减小,换热均匀性有所提高;该结构优化方案对流动阻力的影响较小,流量在0.18~1.8kg/h范围内,流动阻力增加平均不超过5%,但换热均匀性平均提高15%左右。     

热源位置对轴向槽道热管传热的影响

探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时,重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时,热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时,热管存在一个非正常启动过程,在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高,然后逐渐恢复到正常的工作状态,该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后,热管将无法正常工作。     

加热功率对三角形微肋阵内流动与对流换热特性的影响

建立了三角形微肋阵对流换热性能测试系统, 以去离子水为工质对三角形微肋阵(d=247 μm, H=500 μm)的流动及对流换热特性进行了实验研究, 测试并得到了去离子水流经三角形微肋阵时压力降、阻力系数f及Nusselt数(Nu)等参数在不同Reynolds数(Re)及加热功率P下的变化规律, 分析了加热功率对于三角形微肋阵流动阻力及对流换热特性的影响机理。实验结果表明, Re为0~250范围内, 随加热功率增加三角形微肋阵阻力系数明显增大, 增加幅度最高可达200%以上;当Re>250时, 不同加热功率对阻力系数的影响显著减弱;而当Re>600时, 阻力系数几乎不再随加热功率增加而发生变化。当Re<250时, 随加热功率增加三角形微肋阵Nu逐渐增大, Nu增加幅度最高可达75%以上, 即加热功率增加可以强化对流换热;然而当Re>250时, 受三角形背风区旋涡演变的影响, Nu随加热功率增加而逐渐减小。     

不同结构细小槽道热沉流量均匀性

以纯水为传热介质,通过数值模拟研究了热沉进出口方式、联箱结构、槽道高宽比等参数对平行细小槽道热沉内部工质流量分配均匀性及传热系数的影响.结果表明,I型进出口方式、矩形联箱结构的流量分配均匀性优于其它结构,流量分配不均匀度最小(方差为0.071);保持通道当量直径不变时,改变槽道高宽比对热沉底面平均温度影响不大,对表面传热系数影响较大,高宽比r由1增大到5时,传热系数提高了23.9%;基于场协同理论,速度与温度梯度之间的协同角随高宽比增大而减小,表明传热得到强化.     

不同工质下带蒸汽腔的?形微通道热沉特性

借鉴轴向槽道热管结构在工作时良好的气、液分离工作特性,本文提出了一种带蒸汽腔的复合微通道热沉,用以解决大面积或高热流能量收集时热沉通道内部由于排气不畅易导致气塞和返流现象,进而出现流动沸腾不稳定性问题和传热恶化的问题。热沉底板包含20个?形平行通道,肋顶端与盖板下表面间形成连通的蒸汽腔作为两相流时的气体流道。实验以无水乙醇、Novec HFE 7100为工质,并结合可视化观测对热沉性能进行了研究,可以观察到随加热热流密度逐步增加,热沉内部工质依次经强制对流到过冷沸腾、核态沸腾,并最终达到过渡沸腾,可视化实验结果与温度测量结果相吻合。当使用乙醇为工质,在入口质量流速qm=280.37kg/(m2·s)、加热热流密度qeff=30.32W/cm2时,最大传热系数为9494W/(m·℃)。此种结构在有效地保证了热沉换热效果的同时,通过分离气、液流道对抑制流动沸腾不稳定性有明显效果。     

方形微通道热沉的耗散优化分析

基于CFD软件建立了两种不同结构的方形微通道热沉,并对其进行数值计算,模拟得到热沉的温度场和压力场。在此基础上,研究了不同微通道分布方式、不同质量流率和不同热通量对热沉的温度、压降的影响,同时基于耗散理论对比分析来获得方形微通道热沉换热效果较好的优化方案,在固定边界热流条件下,耗散越小,换热效果越好。计算结果表明：随着质量流率的增大,热沉温度逐渐降低,进出口压差逐渐增大,PEC逐渐增大,耗散逐渐减小;随着热通量的增大,热沉温度逐渐升高,进出口压差逐渐降低,PEC逐渐增大,耗散逐渐减小。微通道分布方式为上层内切圆半径-下层外接圆半径分布时热沉的温度更低,PEC更大,耗散更小,传热效率更高。     

壁面性质对蛇形微通道弹状流传热特性的影响

采用CLSVOF (coupled level set and volume of fluid)方法,以空气和水为介质对矩形截面蛇形微通道内弹状流流动传热进行模拟研究。改变气液相流速,探讨了沿程局部Nu数的变化情况;改变接触角及相对粗糙度,分析其对微通道传热的影响;比较不同形貌粗糙元对微通道传热特性的影响;最后,基于Design-Expert平台,对蛇形微通道进行了优化设计。计算结果表明,与单相流动相比,弹状流可以强化传热,且局部Nu数随气弹的出现呈周期性变化;无滑移壁面条件下,疏水壁面一定程度上阻碍传热;粗糙壁面微通道可强化换热,且合理布置的随机粗糙元传热效果最好。