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。     

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。     

超亲水微纳复合结构表面热沉强化润湿与传热实验

利用碱辅助的表面氧化法在紫铜微槽群热沉表面生成了氢氧化铜纳米棒阵列结构,制备出一种全新的超亲水微纳复合结构表面热沉。并以蒸馏水为液体工质,进行了纯蒸发条件下微槽群热沉、微纳复合结构表面热沉和超亲水微纳复合结构表面热沉的润湿及传热特性的对比实验研究。实验结果表明：氢氧化铜纳米棒阵列结构使得原始亲水表面的亲水性更好,随着表面纳米棒数量的不断增多,接触角不断减小,最低为9.5°,可以进一步形成超亲水微纳复合结构表面。与无纳米结构的微槽群热沉相比,在相同输入加热功率下,微纳复合槽群热沉具有更高的液体润湿高度和更好的传热性能,而超亲水微纳复合结构表面热沉的形成会进一步提高强化润湿和传热效果,相比于紫铜微槽群热沉,超亲水微纳复合结构表面热沉内液体的润湿高度提高了300%,表面温度降低了15℃左右。     

电场对三角形微槽热沉轴向干涸特性的影响

将电流体动力学(EHD)主动强化换热技术应用到微槽换热器中是解决化工、能源领域散热问题的一种有效手段。参考自适应理论建立了一维轴向无量纲分析模型,并将库仑力、介电电泳力和电致伸缩力都引入进了模型中,研究EHD效应对三角形毛细微槽热沉内液体干涸特性的影响。研究发现,电场能有效提升微槽内液体干涸长度。三角微槽内液体的干涸高度以及自适应长度都随着电场强度的增加而增加。本文也得到了不同电场强度下三角微槽内液体曲率半径沿轴向的变化,发现随着电场强度的增加,相同截面上的液膜曲率半径增加,且离微槽入口越远的位置,曲率半径增加幅度更大。     

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。     

梯形微槽道表面池沸腾换热性能研究

池沸腾换热表面的结构对其沸腾换热性能具有重要影响。为了进一步强化在较低表面过热度时池沸腾换热的性能,提出了新型梯形微槽道池沸腾换热表面,采用可视化实验方法研究了饱和温度下去离子水在该表面的池沸腾换热性能。结果表明：与光滑平面相比,梯形微槽道表面可以降低起始沸腾表面过热度;在相同表面过热度时,随着下底长度的增大、下底角角度的减小,梯形微槽道表面的热通量增加,换热能力增强。下底长度为1.2 mm、下底角度为45°的梯形微槽道表面具有最低的起始沸腾表面过热度（1.4 K）;在表面过热度为8.3 K时,其热通量能达到1.2×10⁶ W·m^-2,为相同表面过热度时光滑表面的24.0倍。较大的下底长度和较小的下底角角度有利于增强梯形微槽道表面的池沸腾换热性能。     

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。     

电场分布对R123沸腾换热的影响

采用6种不同电极布置方式,进行了不同电势和热流密度下的R123池沸腾换热的试验研究。通过数值分析,计算了不同电极布置下换热面上的电场强度及分布。不同的电极布置,会导致换热面上电场强度和电场均匀性两方面的变化。结合试验和电场分布的计算结果,分析了电场均匀性、电场强度、热流密度与沸腾换热效果之间的关系。结果表明,在低热流密度下,电场分布对沸腾换热影响较大;而在高热流密度下,影响较小。电水动力学（EHD）强化换热效果是电场强度和电场均匀性综合作用的结果。     

电场强化乙酸乙酯自然对流和沸腾换热的实验研究

对沉浸于强极性有机液体工质乙酸乙酯中的平板表面上的自然对流和沸腾换热的外加电场强化进行了实验,得出了自然对流和沸腾换热的表面传热系数、强化效果与电场电压、热通量的关系.实验数据表明,外加电场对平板表面自然对流换热的强化效果好于对沸腾换热的强化效果.实验条件下,当施加外电场时,平板表面的自然对流换热的传热系数最大可达到无外电场时的6～7倍,沸腾换热的传热系数最大可达到无外电场时的4～5倍.     

中心圆柱电极EHD强化垂直管内沸腾换热的实验研究

以R123为工质采用中心圆柱电极对垂直管内沸腾换热的EHD强化进行了实验,得出了沸腾传热系数与电场强度、热流密度等相关参数的关系.测试了外加电场的电流以及击穿电场强度.从外加电场影响气泡的成长、跃离和运动规律的角度对EHD强化垂直管内沸腾换热的机理进行了分析.     

Gravity–capillary evaporation regimes in microgrooves

The gravity–capillary evaporation phase change in microgrooves inside a heat pipe is experimentally investigated by a visualization system. The evaporation regime, startup temperature response, and evaporation thermal resistance for gravity–capillary evaporation are evaluated and compared with those for capillary evaporation. The results identify oscillatory motion of vapor–liquid interface for gravity–capillary evaporation in rectangular microgrooves arising from the competition between gravity, the capillary force, and the shear force. In addition, the presence of gravity introduces the transition from fin–film evaporation regime to corner–film evaporation regime in rectangular microgrooves, and hence results in an overshoot startup and temperature oscillation during the process of gravity–capillary evaporation. Interestingly, the corner–film evaporation improves the evaporation phase change performance in the microgrooves. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1119–1125, 2019     

电场强化乙醚自然对流和池沸腾换热

外加电场强化传热是将电场及其理论引入传热学领域,利用电场力与流场和温度场的相互作用而达到强化传热的一种有效方法．