周期性扩缩微通道内气液两相流型及其演变特性

以空气和水为实验工质,利用IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜组成的可视化系统对水平放置的PDMS周期性扩缩微通道内的气液两相流型及其演变特性进行实验研究。观察到的主要流型为间歇流和分离流。对于间歇流,气体以离散形式分布在液相中或者是液体以分散形式分布在气相中,而且气相分散跟液相分散交替存在。对于分离流,气体主要沿气体进口壁侧流动,液体主要沿液体进口壁侧流动。两相中存在明显的分界面,沿流动方向界面产生波动。通过改变气液两相表观流速,得到气液两相流型分布,进而提出间歇流与分离流流型转换的准则关系式。结果表明,同一液相表观流速下,三角凹穴型微通道间歇流向分离流转变所需的气相表观流速略小于扇形凹穴微通道。

矩形周期性扩缩微通道内沸腾流动与传热

为了探究矩形周期性扩缩微通道内沸腾流动与传热特性,建立了不同尺寸的矩形周期性扩缩微通道,使用去离子水作为工作流体,在入口速度为0.2m/s,热流密度为50W/cm^(2)的条件下进行数值模拟。结果表明,矩形周期性扩缩微通道中存在扩大和缩小的截面结构,微通道中的扩大部分提供了成核位点,有利于气泡成核且增大换热面积。随着扩缩结构的周期性频率增加,微通道中空化和沸腾耦合传热越剧烈,通道的中下游区域仍存在着较多小气泡,通道沿程小气泡数量增多,含气率增加,传热性能不断提高,并且微通道沿程壁面最高温度逐渐降低,通道沿程温度分布更加均匀。矩形周期性扩缩微通道减少了气泡与壁面的接触面积,减少了两相摩擦压降,但是微通道中扩大和收缩部分增加了通道中的流动阻力,周期性扩缩微通道中的压降随着结构参数γ增大呈增大趋势。同时微通道中流动传热的综合性能随扩缩通道变化频率增加呈现先增大后减小的趋势,当结构参数γ=0.2时,矩形周期性扩缩微通道的综合性能最好,比矩形直微通道提升了34%。

渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法，数值研究了周期性渐扩渐缩波纹通道内脉动流动与换热情况，流动RP数的范围为10～1000，Pr数为0．7。计算考察了不同愚数、脉动频率以及振幅对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明，稳态下如数大于40以后，流动出现分离，胎数大于600以后，流动显得复杂和混乱：受入口脉动流的影响，通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移，从而增强了流体之间的扰动和掺混，强化了传热；传热的强化效果随着流动如数、脉动频率以及振幅的增大而增强；另外，流动阻力随着无量纲时间呈正弦规律变化，但与脉动频率无关。