【摘 要】
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蒸汽直接接触间歇凝结是一种具有高传热效率和无中间热阻的凝结方式,具有将过冷水周期性吸入支管的特征。近年来,有学者提出利用微细通道内蒸汽直接间歇凝结诱发的高频汽液两相流振荡特性,使流动沸腾临界热通量显著提高,这在超高热通量电子器件散热领域具有独特的应用前景。因此,深入探究微细通道内蒸汽直接间歇凝结的汽液相界面形态及运动特征,对于研发新型微通道电子器件散热装置具有重要意义。本文主要做了以下工作:基于设
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,项目批准号:51976052； 河北省自然科学基金面上项目,项目批准号:E2020412176；
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蒸汽直接接触间歇凝结是一种具有高传热效率和无中间热阻的凝结方式,具有将过冷水周期性吸入支管的特征。近年来,有学者提出利用微细通道内蒸汽直接间歇凝结诱发的高频汽液两相流振荡特性,使流动沸腾临界热通量显著提高,这在超高热通量电子器件散热领域具有独特的应用前景。因此,深入探究微细通道内蒸汽直接间歇凝结的汽液相界面形态及运动特征,对于研发新型微通道电子器件散热装置具有重要意义。本文主要做了以下工作:基于设计并搭建的微细尺度蒸汽直接接触凝结测试实验平台,开展在过冷水质量流量5.75-115.09kg/（m~2·s）、过冷水温度30-65℃及蒸汽质量流量3.09-11.59kg/（m~2·s）工况下的可视化实验。在153组实验工况下观察到5种典型的间歇凝结流型,根据汽液相界面的凝结方式和形态特征进行了命名和分类,构建了三维凝结流型图。利用图像处理软件Image J和MATLAB对可视化图像进行批量预处理和形态学分析,获取了汽液相界面的形态和运动特征参数,分析了不同流型下的可视化特征参数并探究了汽水工况对前述参数的影响规律。研究发现,5种间歇凝结流型的形态特征参数和运动特征参数差异明显,各类流型的相界面高度随时间变化曲线迥异,可凭此甄别流型。随过冷水温度和蒸汽质量流量增加,相界面的形态特征参数将会明显增大,当过冷水质量流量增加时形态特征参数会大幅减小,运动特征参数随汽水工况变化均呈现出不同的趋势。此外,基于SPSS统计软件,通过多分类多元logistic回归分析获得了汽水参数对于流型的概率关联式,其预测结果准确率最高约为83%。通过线性回归分析计算了汽水参数对于可视化特征参数的相关模型,并获取了其影响程度排序。提出了新型微细通道电子器件散热装置设计思路,并根据多目标规划模型求解了理论最佳工况参数。相关研究结果为后续新型微细通道电子器件散热装置研发提供了一定的理论指导。
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