微尺度相变传热中的不稳定现象

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受热不稳定的原因

受热不稳定的原因
受热不稳定的原因有很多，以下是一些常见的原因：
1. 化学反应：在高温下，化学反应速率可能会增加，导致反应物迅速转化为产物。

这可能导致系统失去平衡，产生不稳定性。

2. 热膨胀：当物质受热时，其分子会膨胀，体积增大。

如果物体的不同部分膨胀程度不一致，可能导致物体内部产生应力和变形，从而引起不稳定。

3. 相变：有些物质在受热时会发生相变，例如从固态转变为液态或气态。

这种相变可能导致物质结构的改变，从而引起不稳定。

4. 热分解：某些物质在高温下会发生热分解，即分解为更简单的物质。

这种分解可能会导致产生不稳定的中间产物或产生剧烈的反应，从而引起不稳定。

5. 热失真：在高温下，物体的结构可能发生失真，例如晶格或分子结构的变化。

这种失真可能导致物体性能的变化，从而引起不稳定。

受热不稳定的原因可以是化学反应、热膨胀、相变、热分解和热失真等。

这些原因可能单独或同时发生，导致物体在高温下表现出不稳定的行为。

微纳制造中的微尺度传热现象研究

微纳制造中的微尺度传热现象研究微纳制造技术的飞速进步推动了众多领域，如信息技术、生物医学、能源转换等的革新，而其中的微尺度传热现象研究则成为了该领域的一个关键环节。

在微纳尺度下，传统宏观传热理论与规律不再完全适用，因此，深入探索微尺度下的传热机制对于提升微纳器件的性能、效率与可靠性至关重要。

本文将从六个方面探讨微纳制造中的微尺度传热现象研究。

一、微尺度传热的基本特征与挑战微纳尺度下的传热现象显著区别于宏观尺度，主要表现在以下几个方面：首先，界面效应对热传导的影响加剧，微小的接触面积和不平整表面导致热阻增加；其次，受限几何尺寸引起的尺度效应，如Knudsen数增大，导致传热方式从连续介质传热转变为分子传热；再者，热辐射性质的变化，因尺度缩小，表面间距离接近，导致辐射传热作用增强。

这些特征给微纳制造中的热管理和设计带来了新的挑战，需要开发新的理论模型和实验技术来准确描述和预测微尺度下的传热行为。

二、微纳结构的热导率调控微纳结构的特殊几何形状和组成材料赋予了其调控热导率的能力。

例如，通过纳米线、纳米薄膜、纳米孔隙结构的精确设计，可以实现热导率的大幅度降低或提升，这对于热绝缘材料和高效率热电转换器件的开发尤为重要。

此外，利用量子点、石墨烯等二维材料的独特热传导性质，可以实现定向热流控制，为微纳电子设备的热管理提供创新解决方案。

三、微流控系统中的传热优化微流控技术结合微纳制造工艺，在生物芯片、化学合成等领域有着广泛的应用。

在微流道中，流体流动与传热相互作用复杂，微尺度效应导致的边界层变薄、湍流提前出现等现象，对热交换效率产生显著影响。

研究微流体流动下的传热特性，优化微通道结构和操作条件，对于提高传热效率、减少能量消耗具有重要意义。

此外，利用微流控中的相变传热，如微沸腾和冷凝，可进一步增强热传输能力。

四、热辐射的微纳调控在微纳尺度下，热辐射特性受到表面粗糙度、形貌和间隔距离的影响更为明显，这为通过设计特定的表面结构调控辐射热传递提供了可能。

矩形微通道中流体流动阻力和换热特性实验研究_蒋洁

第5卷第3期2006年9月热科学与技术Journal of Thermal Science and TechnologyVol.5No.3Sep.2006文章编号:1671-8097(2006)03-0189-06收稿日期:2006-01-12;　修回日期:2006-07-17.基金项目:国家重点基础研究发展计划(2006CB 300404);教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(6803001005);东南大学科学基金资助项目(9203007013,9203001337).作者简介:蒋　洁(1981-),女,江苏常州人,博士生,主要从事微流动与传热研究.矩形微通道中流体流动阻力和换热特性实验研究蒋　洁,　郝英立,　施明恒(东南大学动力工程系,江苏南京　210096)摘要:以去离子水为流体工质,对其在矩形微尺度通道中的流动阻力和传热特性进行了实验研究。

通过测量流量、进出口压力和温度等参数,获得了流体流过微通道时的摩擦阻力系数、对流换热过程中的热流通量和N u 等。

微尺度通道中流体流动的摩擦阻力系数较常规尺度通道中的摩擦阻力系数小,仅是常规尺度通道中摩擦阻力系数的20%～30%;且流动状态由层流向湍流转捩的临界R e 也远小于常规尺度通道的。

微尺度通道中对流换热的N u 与常规尺度通道的显著不同。

流量较小时,N u 较常规尺度通道中充分发展段的小;随着水流量的增加,微通道的N u 迅速增加,并很快超过常规尺度通道的N u ,表现出微尺度效应。

热流通量对微尺度通道中对流换热N u 存在影响,其影响规律在不同流速条件下呈不同趋势,流速较小时,N u 基本保持不变;而在流速较大时,N u 随热流通量增加而呈增加趋势。

关键词:微通道;流动特性;摩擦阻力系数;对流换热中图分类号:T K124文献标识码:A0　前　言为适应微电子机械系统以及微流动系统的快速发展需要,流体在微通道中的流动和传热特性成为当今世界范围的研究热点。

动力工程和工程热物理前沿课程论文

工程热物理前沿探讨摘要：概述了工程热物理学科及其重要性。

从工程热物理的学科体系出发分析它们的开展方向，综合各分支科学的涵、开展趋势、开展目标，预测工程热物理可能的开展趋势。

关键词：工程热物理、开展方向Prospect of Engineering ThermophysicsAbstract:This articlesummarizes what is EngineeringThermalPhysics and itsimportance .Form the discipline system of engineering thermal physical, we analyze their development .bining the content, development tendency withdevelopment target of various scientific branches of engineering thermal physical ,we have predictedits possibledevelopment tendency.Key word：EngineeringThermalPhysics, development tendency1.工程热物理学科概述工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学。

它研究各类热现象、热过程的在规律,并用以指导工程实践。

按其应用又可包括:能源利用、热机、流体机械、多相流动等。

工程热物理学有着自己的根本定律：热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。

在这些定律和反映其本质的根本方程的根底上，需要根据研究对象的不同特点，在特别设计的实验装置上进展多种细致、可靠的试验，以发现其特有的规律和根本特征，为设计提供理论依据和计算方法，并在工程实践加以应用、验证、不断完善。

微尺度传热ppt

• 气体稀薄效应
通常用努曾数来表示气体稀薄的程度
当kn《1，连续介质区；0.01<kn<0.1，滑移区； 0.1<kn<1，过渡区， kn》1，自由分子流区；气体的稀薄性一般导致气体流动阻力降低和换热减弱。
微喷管：缝宽19微米，微喷管：缝宽19微米， 19微米 308微米深308微米图2 微喷管
2、微尺度流动和对流换热
• 流动阻力规律与常规尺寸条件下的不同 • 充分发展通道流的阻力因子与雷诺数的乘积不再是常数，而应是雷诺数的函数。 • 微细通道湍流的 Nu比常规情况高 • 微细通道流传热数据很分散 • 微细通道层流向湍流过渡的雷诺数减小
影响微细流动与传热现象的某些因素：
• 流体的压缩性
由于微细通道内压力降很大，导致流体密度沿程有明显的变化，所以必须考虑流体的压缩性，它不仅会形成加速压降，而且还将改变速度剖面。
• 界面效应
在微细管道中液体表面张力将起更为重要的影响，此外，由于固壁有时带静电,液体可以有极性，静电场的存在会阻碍液体中离子的运动，从而使液体流动阻力增加，同时对微细管道中传热也会有重要影响。
三、微尺度传热研究的主要问题
• • • • 微尺度导热微尺度流动和对流换热微尺度热辐射微尺度的相变传热
1、的物理机制来自于两个方面：一是与导热问题中的特征长度有关；另一方面导热能力与材料中晶粒大小有关，当尺寸减小时，晶粒尺寸会随之减小，由于晶粒界面增大，所以输运能力减弱，导热系数降低。
图3
图3示出了系统水平上的热耗散与系统体积之间的关系图；从图可见，所有气冷系统数据均范入图3中的两条平行线之间的带内，由此带的斜率看出，气冷系统中的体积热耗散密度几乎独立于系统尺寸，其范围大约在 3000W／m3—7000w／m3之间，其中笔记本电脑中的体积热耗散密度最高，达7000W／m3。如此高密度的热量输运是一个富有挑战性的课题。冷却微小系统的困难在于：首先，冷却空气速率不能太高，以尽可能减小声学噪音；其次，器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的冷却流体空间；第三．同样的要求不允许在模块上安装大容量热沉(扩展表面)；第四，低造价的原则要求尽可能地采用塑料封装；露片，而这又会增大芯片与模块表面之间的导热热阻，于是热量将主要聚集在基底材料上、所以，针对各类电子器件中相当高的热源密度(图4)，寻找具有高效热输运效能的微槽传热方法多年来一直是人们探索的主题。

谈热传导的不稳定导热

谈热传导的不稳定导热作者：刘发财来源：《科学与财富》2012年第03期摘要：火电厂中，热动力设备在启动、停止或变工况过程中，设备壁面各处的温度都在变化，此时壁面的导热属于不稳定导热。

例如锅炉升炉时，炉墙、汽包壁温度逐渐升高，停炉时温度逐渐降低；又如汽轮机启动过程中，汽缸壁、法兰的温度逐渐升高，停机时温度逐渐降低，发生在这些情况下的壁面导热，都是不稳定导热。

关键词：热传导;不稳定;导热火电厂中，热动力设备在启动、停止或变工况过程中，设备壁面各处的温度都在变化，此时壁面的导热属于不稳定导热。

1.不稳定导热的特点为了说明不稳定导热过程的特点，先举一个简单的例子。

一块处于环境温度下的平壁，平壁内温度均为环境温度t0。

，直径AD所示。

如果在某时刻，平壁左侧表面突然与一温度恒定为t1的高温表面紧密接触，右侧表面仍与环境空气接触。

这时，左侧壁面的温度很快升高，而平壁的其余部分仍维持环境温度t0。

随着时间的推移，靠近右侧表面的材料的温度逐渐依次升高，曲线HCD、HE、HF象征性地表示了壁面内部温度分布随时间推移的变化过程，最后达到稳定时，温度分布不再随时间变化。

上述过程中，在平壁右侧表面温度未升高之前的一段时间内，平壁右侧表面与环境空气间没有温差，因而无热交换，平壁左侧表面从恒温高温表面所摄取的热量全部蓄于自身之中。

只有当右侧表面温度升高后，才有热量从右侧表面传递给环境空气，也只有当右侧表面传递给环境空气的热量等于左侧表面从恒温高温表面摄取的热量时，平壁内部温度分布才保持稳定。

由此可见，不稳定导热过程与稳定导热过程的不同之处在于： (1)在不稳定导热过程中，随着热量传递，壁内各层的温度逐渐依次升高，不到一定时间，壁内某层的温度是不会升高的。

微通道流动沸腾研究综述

微通道流动沸腾研究综述孙帅杰张程宾*东南大学能源与环境学院摘要：本文通过查阅相关文献，分别从微通道的判别标准、流型与换热机理、流动沸腾的不稳定性、临界热流密度研究这几个方面阐述并分析了目前微通道流动沸腾的研究重点与研究现状。

发现目前关于微通道流动沸腾的内在机理和工作特性的研究尚处在发展阶段，对于微通道内流动沸腾换热过程的实验现象的内在机理还存在争议，关于微通道的划分、临界热流密度的判断标准等还没有普遍的共识，仍然需要更多的研究工作来完善微通道流动沸腾理论体系。

关键词：微通道流动沸腾传热机理临界热流密度Review on Flow Boiling in MicrochannelsSUN Shuaijie,ZHANG Chengbin*School of Energy and Environment,Southeast UniversityAbstract: In this paper,the relevant literatures on flow boiling in microchannels are reviewed.The criteria of microchannel,the flow pattern and heat transfer mechanism of flow boiling in microchannels,the instability of flow boiling and the critical heat flux density are discussed to analyze the research emphases and research status of flow boiling in microchannels.Much about the underlying mechanism and operating characteristics of flow boiling in microchannels is still unknown.The theoretical description on experimental flow boiling in microchannels remains unclear,and there is no general consensus on the criterion of microchannels and critical heat flux density.Therefore, more research work should be conducted to improve the theoretical basis of flow boiling in microchannels.Keywords:microchannel,flow boiling,heat transfer mechanism,critical heat flux density收稿日期： 2020123 通讯作者：张程宾（1983~），男，博士，副教授；东南大学能源与环境学院（210096）； Email:***************.cn 基金项目：国家自然科学基金（No.51776037）随着科学技术的进步和生产需要，电子设备朝着微型化和集中化方向发展，物理尺寸的减小与元件功率的增加使电子设备的热流密度日益增高 [14]。

传热原理周期性不稳定传热

Ae Aef
if if , max
Aif
（2）从室外空间到平壁内部，温度波动的振幅
逐渐衰减。Ae Aef Aif — 温度波动的衰减
平壁的总衰减度
o
Ae Aif
（3）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐向后推延。
e ef if
Ae Aef
— 温度波动的相位延迟 Aif
平壁的总相位延迟 o if e
S
Aq Af
2c
Z
若Z=24h，S 24 2c 0.51 c
Z
物理意义：材料的蓄热系数说明了半无限大的物体在谐波热作用下，表面对谐波热作用的敏感程度。
在同样的谐波热作用下，蓄热系数越大，表面温度波动越小；
2、材料层的热惰性系数 D 表征材料层受到波动热作用后，被波面上
温度波动剧烈程度的一个指标，也是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特性指标。
t
t
360
At cos(
)
Z
也可写成：t t
At cos( )
角速度 360 deg/ h
Z
若Z 24小时，则 15deg/ h
二、谐波热作用下的传热特征
（1）室外温度 e Ae cos( e)
e e, max
e — 室外相对温度,C Ae — 室外温度波的振幅,C e — 室外温度波的初相位, deg
F1 F2 ... Fn
Rd
D RS
3、材料层表面的蓄热系数 Y
有限厚度的材料层受到周期波动的温度作用时，其表面温度的波动不仅与材料层本身的热物理性质有关，还与边界条件有关。
顺着温度波前进的方向，该材料接触的介质的热物理性能和散热条件对材料表面的温度波动有影响。

微通道中纳米流体流动沸腾换热性能研究

收稿日期：２０．２２：修订１期：２１．４２。０９１－１５ｔ０００．９基金项目：田家杰出青年基金项Ｉ（０２６３国家自然科学青年基金项（０００８。￣５８５０）１５９６８）作者简介：徐立（９３）１８・－男・湖南长沙人，中科院广州能源研究所博士生。通讯联系人：徐进良．Ｅｍｉ￣ｌｓｉ．．－ａ：ｘ＠ｍ．ｅａｃｌｇｃｃｎ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｒｅｏｉｖｓｉａｅｔｅｆｏｂｌｎｅｔｔａｓｅｅｆｒａｃｆｎｎｌｉｓｉｉｒｈｎｅ，ａｔａｔｎｏｄｒｔｎｅｔｇｈｗｏｉｇｈａｒｎｆｒｐｒｏｍｎｅｏａｏｆｕｄｎｍｃｏｃａｎｌｔｌｉ
ｓｍｕｔｎｏｓｍｅｓｒｍｅｔａｄｖｓａｉａｉｘｅｉｎａｓｓｅｓｉｌａｅｕａｕｅｎｎｉｕｌｔｚｏｎｅｐｒｍｅｔｌｙｔｍｗｅｅｓｔｕｒｅｐ．Ｔｈｎｎｆｕｄｗｉ２３ｅａｏｉｔＡ１０ｌｈ
ｓｎｌｒｃａｇｌｒｉｉｏｍｉｒｃａｎｌｉｇｅｅｔｕａｓｌｃｎｎｃｏｈｎｅｗｉｈｈｈｄａｌｃｔｔｅｙｒｕｉｄｉｍｅｅｏ１３Ｂａｔｒｆ４ｍｗａｄｓｇｄａｄｈｓｅｉｎｅ，ｎｔｅ
随着微电子工业和ｌ￣ＶＭＳ技术的发展，Ｉ微尺度沸腾传热在高热流密度芯片热控制方面的优势引发了研究热潮，流动沸腾不稳定性是在微通道内出现的复杂现象，沸腾不稳定性不仅给热系统带来不均匀的热应力，而且导致系统内的机械振动、降低传热性能等不良后果【一５１，。目前对于抑制沸腾不稳定性的研究主要集中在单一工质，混合工质对沸腾不稳定性的影响还少有报道。纳米流体换热的研究也以单相和池沸腾为主。宣益明等【】究表明纳米流体能强化单相时的对流换热；Ｂｎ７的研 ’ ８ａｇ等【对Ａ２３Ｊ纳米流体池程

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收稿日期
2006- 12- 05
修订稿日期 2006- 12- 26
基金项目 : 上海水产大学博士基金启动项目 ( 6690205029) 作者简介 : 周继军 ( 1966~ ) 男 , 汉族 , 上海人 , 讲师 , 博士 , 从事微尺度流动与传热的研究。
十微米的数量级 , 因而失去进行微流体研究的意义 , 所以建议采用硅基微通道蚀刻加工方法及工艺。然而对于微尺度相变传热, 其主要影响因素是表面张力, 对于水在微尺度下的相变传热 , 当水力直径在 500 m 以下时 , 表面张力的作用已非常明显 , 微尺度效应也非常显著。本文工作是整个微尺度相变传热研究的一部分, 实验从单微通道相变传热的研究开始, 依次进行多通道相变传热 , 并进行了光学可视化测量的研究。本文报导去离子水在内径500 m, 总长 90 mm, 有效加热段长度为45 mm 微通道内的相变传热。以上实验段尺寸是微尺度相变换热器中可能遇到并极其感兴趣的尺寸。其内壁热流密度已高达200 W/ cm2 。贮液容器内液体的温度跨越室温到 100 ! 的范围。在这个宽广的实验运行条件下, 发现了微通道中的流动不稳定流现象 : 长周期 / 大幅度液体/ 两相间歇流。结合正在进行的多通道微尺度相变传热研究, 发现似乎所有的沸腾工况都存在着脉动现象 , 作者认为 , 脉动流动可能是微尺度相变传热中具有共性的问题。当然, 这个结论还有待于从数学上进行严密的论证。
1
实验装置及系统
本实验装置系统如图 1 所示。主要由供液系
统, 实验段模块, 传感器及数据采集系统, 冷凝液计量系统等组成。高压氮气作为压力源, 经减压阀和精密调压阀精确控制液体容器的压力。由于连接管的内截面积是实验段内截面积的 64 倍 , 而实验段工质经冷凝后直接排放到处于大气压力下的收集容器, 因而实验系统中所有的压差几乎全部消耗在微
区段的质量流速增大, 而两相流区段的质量流速减小。随着热流密度的增加, 完成一个完整周期的时间 T full 变长。在这个完整周期 T full 中包含单相区段的时间 T SP 和两相区段的时间 TTP , 而随着内壁热流密度的增加 , 两相区段的时间 TTP 占整个周期 T full 的份额大大加大。也就是说, 在这种长周期 / 大幅度脉动流中 , 液体流动的时间相对较短, 而两相流动的时间相对较长。
图 1 实验系统图
∃ 20 ∃图2实验段结构图 Nhomakorabea2
长周期/ 大幅度液体/ 两相间歇流
实验发现, 当贮液容器内液体的温度控制在
来回切换。一个完整周期 T full 包含液体流动时间 T SP 及两相流动时间 T TP。 T full = T SP + TTP ( 1)
100 ! 时, 系统发生一种长周期 / 大幅度液体/ 两相间歇流。图 3 表示一典型瞬变工况, 实验段压差控制在40 kPa, 内壁热负荷恒定在 60. 5 W/ cm2 。由图可见, 压差 !p , 进出口温度 T in , T out, 内壁温度 T w 及通道质量流速 G 作非常有规律的脉动。其脉动曲线的形状分别为 : 压差在系统从两相切换成单相时产生尖的脉冲, 入口温度 T in 为三角形, 内壁温为梯形 , 质量流速为矩形。考察一个典型的周期 , 包含 t = tA 到 t = tB , 再从 t = tB 到 t = tC , 其物理过程描述如下。 2. 1 液体流动在一个完整的周期内 , 包含液体流动和汽液两相流动两个时间区段 , t = tA 到 t = tB 为液体区段。在这个时间段内, 由于系统从上个周期的两相流动突然切换到本周期的单相流动, 压差信号在 t = tA 时产生一个尖的正脉冲 , 紧接着一个负脉冲并开始逐渐恢复到正常值。工质出口温度 T out 从 t = tA 开始急速下降, 然后稳定在一个水平值, 紧接着上升直到 t = tB 。入口温度 T in 从 t = tA 开始几乎呈线性上升。内壁温 T w 随时间的变化规律与出口温度的变化形状类似 , 呈梯形。在液体流动区段, 质量流速维持在一个高的数值。 2. 2 两相流动 t = tB 到 t = tC 这个时间段为两相流动 , 压力、差压没有明显变化。出口温度 T out 维持在一个水平值, 为 101 ! ( 实验段出口对应压力下的饱和温度 ) , 入口温度 T in 从 t = tB 到 t = tC 呈线性下降, 壁温急剧上升并维持在一个高的水平值, 质量流速在两相流区段维持在一个较低的值。从图 3 可以看出 , 大部分参数作大幅度脉动, 如 T in 脉动范围在 72 ~ 87 ! 之间, 内壁温的脉动范围为 128 ~ 139 ! , 而质量流速在 472 ~ 2 855 kg/ m s 间
The Instability Phenomena of Flow Boiling in Micro- tube
ZHOU Ji- jun , SHI Wei , GAN Yun- hua ( 1. Department of Thermal Energy and Power Engineering of SHFU, Shanghai 200090, China; 2. Laboratory of Micro- Energy System, GIEC, Guangzhou 510640, China) Abstract: A type of long period/ large amplitude liquid/ two- phase alternative flow was ident ified with the mi cro- tube at high heat fluxes. The oscillation flow is occured near the liquid saturation temperature of the 100 ! water source tank, and shows the large amplitude oscillations of pressure drop, mass flux, inlet and outlet temperatures and wall temperatures with long time period. Liquid flow and two - phase flow appear in the micro- tube alternatively. It is confirmed that such type of oscillation flow is caused by the feedback con trol of the mass flux and the inlet liquid temperature of the micro- tube. Key words: micro- tube; oscillation time period; oscillat ion amplitude; alternative flow 由于新材料与制造技术的迅速发展, 近年来装置的微小型化已经成为当前国际上的一个研究热点。特别是随着高性能计算机、半导体激光器、大规模及超大规模集成电路的研制 , 使得元件的发热量及单位面积上的热流密度大大增加 , 如金属氧化物闸流管的热流密度已高达 100~ 200 W/ cm , 半导体
第 25 卷, 总第 141 期 2007 年 1 月 , 第 1 期
节能技术 ENERGY CONSERVAT ION TECHNOLOGY
Vol. 25, Sum. No. 141 Jan. 2007, No. 1
微尺度相变传热中的不稳定现象
周继军1, 2 , 施伟 1, 甘云华2 200090; 广州 510640) ( 1. 上海水产大学热能与动力工程系 , 上海
2. 中国科学院广州能源研究所微能源系统实验室 , 广东
摘要 : 实验发现了微通道在高热流密度下会发生一种长周期 / 大幅度液体 / 两相间歇流。它发生在贮液容器内的液体处于近乎饱和温度的条件下, 表现出实验段压差, 质量流速 , 通道进出口温度及壁温作有规律的长周期及大幅度脉动。通道内随时间发生液体和两相流的间歇流动 , 实验证实该类流动是由于通道内质量流速与入口温度间的负反馈效应引起的。关键词 : 微通道 ; 脉动周期 ; 脉动幅度 ; 间歇流中图分类号 : TK0; O35 文献标识码: A 文章编号 : 1002- 6339 ( 2007) 01- 0019- 04
2 1, 2 1 2
激光器的热流密度甚至高达 500 W/ cm2∀1# 。这些器件工作性能的好坏很大程度上取决于它们散热性能的好坏 , 因而微尺度相变传热技术在近年来得到越来越广泛的关注。微尺度相变传热涉及到微空间内的沸腾起始点、压降、传热系数、流型、临界热流密度等诸多问题, 综述性论文见文献∀2, 3, 4, 5#。微尺度单相流与微尺度两相流 , 在微尺度的概念上是不大相同的。对于单相流 , 就作者所知, 其特殊现象, 如层流到紊流的转换雷诺数、界面滑移现象、电双层效应等一般要在水力直径 100 m 以下才能显现出来, 常规机械加工的方法因加工精度在数 ∃ 19 ∃
本文进行了实验段压差分别为 20, 40 及60 kPa, 内壁热流密度从30 W/ cm2 变化到 90 W/ cm 2。压差及热流密度对长周期 / 大幅度液体 / 两相间歇流的影响表示在图 4 上。在图 4 中的曲线按 3 个压差分为三组 , 压差越高 , 可以运行的热流密度的范围也越大。由图可见 , 单相流区段的质量流速要明显高于两相流区段的质量流速。随着热流密度的增加 , 单相流 ∃ 21 ∃
通道上。液体容器内的液体温度由温度控制单元 ( 温控仪 XMT - 900) 精密调节, 其控制精度在 % 1 ! 。液体容器内的液体在氮气压力的驱动下 , 顺序流过调节阀, 2 微米过滤器进入实验段。被实验段加热的高焓工质经过冷凝器冷却后成为液体 , 被玻璃收集容器收集。其重量随时间的变化可用于计算流过实验段的质量流速。所有压力, 差压 , 流体及壁面温度信号都接入 Agilent34970A 高速数据采集系统, 采集系统与计算机相连, 在屏幕上实时显示、诊断及存储动态数据。实验段结构如图 2 所示。主体由总长 90 mm, 内径500 m, 外径 1. 6 mm的进口高质量不锈钢管( 美国 Swagelok 公司) 制成, 材料为 1Cr18Ni9T i, 其有效加热段长度为 45 mm 。将铝在高温下熔化并与不锈钢管浇铸成为一个整体 , 因而不锈钢管与铝块之间的接触热阻很小 , 可忽略不计。浇铸后的实验件经加工后形成一个外径 20 mm 的圆柱体。热负荷由紧密缠绕在圆柱体的外表面的直径为 0. 4 mm ( 12 / m) 的 Ni- Cr 加热线提供 , 形成定热流密度的边界条件。外敷绝热材料保温减少热量损失。热电偶在实验件上的布置也如图 2 所示。不锈钢管与主连接管之间采取适配器与之相连。实验段进出口布置热电偶 ( K 型 ) , 压力传感器 ( Setra system Model 206) 及差压传感器 ( DP1300- DP55E22M4D1) 等。实验过程如下: 开启氮气压力调节系统及温度控制单元 , 使贮液容器中的液体处于给定的压力和温度, 然后开启实验段入口调节阀, 建立微通道内的流动。然后由功率调节系统 ( 数字功率计 YF9901) 对实验段施加电压 , 以获得内壁给定的热流密度。