微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m2将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度ΔTsub=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界热流密度.此外,改变入口流速和过冷度对临界热流密度有明显影响且趋势相同,减小入口流速和过冷度都会增大临界热流密度的提升比例.在本文的实验条件范围内,在水的流速v=0.1 m/s、过冷度ΔTsub=10.0 K的条件下,实现了最高约43.4%的临界热流密度提升比例.

定壁温边界下重力作用PCM熔化过程研究

为系统性研究倾角对相变储能器传热速率的影响,对定壁温边界下重力作用PCM熔化机理进行深入分析。基于热量输入方向与重力方向的夹角γ定义通用坐标,建立可视化实验与数学模型,对熔化时间、液化率、固液界面演化等进行研究。结果表明:随着夹角γ增大,熔化时间先大幅减小后轻微增加;当夹角γ为0°时,PCM熔化过程为纯导热且时间最长;当夹角γ为120°时,PCM熔化时间最短,相对纯导热工况,熔化时间缩短了89.52%;当夹角γ为90°时,熔化时间缩短了84.44%,同时也较易实现,可将其作为工程应用时的判断基准。