随着现代高性能战机机载电子设备功率的不断增大,对机载蒸发循环制冷技术的需求愈发迫切。战机的机动飞行大都是在过载环境下进行的,且机载蒸发循环制冷系统大都使用具有细微通道的紧凑式蒸发器,因而亟需开展过载下细微通道内沸腾传热与流动特性的研究。针对机载蒸发循环制冷技术的上述迫切需求,本文开展了过载下细微通道内沸腾传热与流动特性的实验研究和数值模拟研究以及常重力和过载下管内流动沸腾的计算模型研究。实验研究的主要目的是获得过载下细微通道内沸腾传热与流动特性以及过载、管径、质量流量、饱和压力、热流密度和干度等因素的影响。数值模拟研究的主要目的是获得过载下细微通道内流动沸腾的流型并从机理层面解释过载对流动沸腾的影响。常重力和过载下管内计算模型研究的主要目的是获得常重力下预测准确度较高的模型并以此为基础建立适用于过载环境的计算模型。主要工作和成果如下:(1)设计和建造了过载下管内流动沸腾实验系统,主要包括过载模拟平台、制冷剂循环系统和数据采集系统。采用离心加速机模拟过载环境,对R134a在内径为1.002、2.168和4.065 mm的水平圆形铜管内的流动沸腾进行了实验研究。实验中,质量流量为185–935 kg/m2 s,热流密度为18.0–36.0 kW/m2,饱和压力为0.578–0.82 MPa,干度为0.03–0.96,离心加速度为0–3 g,过载为1–3.16 g。(2)根据实验所获得的常重力下的传热系数和摩擦压降数据,分析了管径、质量流量、饱和压力、热流密度以及干度等因素的影响。结果表明:常重力下的传热系数随管径的增大而减小,随饱和压力的增大而增大。尽管质量流量和干度对传热系数的影响与管径有关,但总的来说影响较弱,而热流密度的影响较为明显,因而流动沸腾由核态沸腾主导。常重力下的摩擦压降随管径和饱和压力的增大而减小,随质量流量的增大而增大,随热流密度的增大基本不变,在达到最大值前随干度的增大而增大。(3)根据实验所获得的过载下的传热系数和摩擦压降数据,分析了过载、管径、质量流量、饱和压力、热流密度以及干度等因素的影响。结果表明:对于所有通道,过载下的传热系数与常重力下的偏差基本都在50%以内。对于1.002 mm管道,传热系数随过载的增大先增大后减小,而对于2.168和4.065 mm管道,则随过载的增大而一直增大。对于不同通道,过载下的摩擦压降与常重力下的偏差不同。对于1.002和2.168 mm管道,偏差基本都在±10%以内且摩擦压降随过载的增大无明显的变化规律,而对于4.065 mm管道,偏差最高可达300%且摩擦压降随过载的增大而一直增大。在一个给定的过载下,质量流量、饱和压力、热流密度和干度对传热系数和摩擦压降的影响与常重力下的情形相类似。(4)对常重力下管内流动沸腾传热系数、摩擦压降以及空泡率的计算模型进行了全面的收集和整理,形成了各自的计算模型库。建立了工况范围较宽的可用于计算模型评价的实验数据库。将不同的计算模型分别与本文实验获得的数据以及收集而建立的数据库进行对比分析,得到了预测性能较好的模型。(5)分析了常重力下预测准确度较高的计算模型对于过载的适应性。根据本文实验所获得的过载下的传热系数和摩擦压降数据,通过引入过载和管径等因素的影响,运用最小二乘法,提出了满足现代高性能战机蒸发循环制冷系统设计要求的计算模型,弥补了常重力模型对过载的适应性不足的缺点,提高了预测准确度。(6)采用VOF模型和UDF编写的沸腾传热模型,对过载下细微通道内的流动沸腾分别进行了二维和三维数值模拟研究。模拟中的最大过载为15 g,过载方向分别与流动方向垂直、相同和相反。根据模拟所获得的流型,分析了过载和过载方向等因素的影响。结果表明:过载和过载方向对流动沸腾流型的影响十分显著。当过载方向与流动方向垂直时,随着过载的增大,最终会形成接近于分层流的流型,导致干涸出现。当两者相同时,气泡虽被挤短变圆,但与壁面之间的距离并未明显减小。当两者相反时,气泡被拉长,与壁面之间的距离变大,发生干涸的几率降低。流型的变化是过载下细微通道内流动沸腾特性发生变化的原因。