伴随着电子元器件集成度的不断提高,设备的体积逐渐减小,器件单位面积产生的热量不断增大,如何在狭小空间内实现高效散热成为了亟待解决的问题。微肋阵通道的提出给解决这一问题提供了新的可能性,微针肋具备了体积小、面体比高、换热性能强等优点,当微肋阵通道中工质发生相变时,利用沸腾可以带走大量热量,强化换热过程,从而实现高效沸腾传热。本文设计并加工了6种不同形状微肋阵通道(圆形、椭圆形、菱形、方形、水滴形和开口水滴形),并搭建微肋阵通道沸腾流动与传热可视化试验台,以去离子水为工质,研究针肋形状、热流密度、工质流量、工质进口温度、微肋阵布置方式等参数对流动和换热性能的影响,并对开口水滴形微肋阵通道内临界热流密度(CHF)特性进行研究;借助高速摄像仪等可视化设备,对工质的流型变化进行观测,分析不同沸腾条件下工质流动与传热特性的关系,同时,对微针肋附近的汽泡生长变化行为进行分析。在热流密度逐渐增大的过程中,流动换热会先后经历四个形态。热流密度较小时,没有出现汽泡,工质处在单相流动状态;当热量逐渐累积,通道两侧及肋侧开始出现气泡,工质进入过冷沸腾状态;热流密度继续增大,汽泡在微肋阵间密集地出现,进入核态沸腾状态;随着核态沸腾中环状流液膜逐渐减薄,工质被蒸干,进入膜态沸腾。随着热流密度的上升,通道进出口压降先平缓波动后剧烈上升,在核态沸腾中出现环状流后流动阻力上升幅度变大;通道底板温度在达到工质饱和温度前上升幅度较大,在壁温超过100℃后逐渐趋于平缓,对流换热性能随工质流量的增大而上升。工质进口温度较高时,沸腾换热性能较好,但流动阻力较大。同时,开口水滴形微肋阵以开口处为迎流方向时,压降和流动阻力都大于以闭合端为迎流方向布置方式,但沸腾换热系数更高。微肋阵通道内工质的CHF与工质的流量和进口温度有关,工质环状流被蒸干,通道出现干涸,达到临界热流密度,摩擦阻力和对流换热能力下降,壁面温度飞升。流量较小时,通道上的热量不能被及时带走,CHF较低。工质流量的提升和合理设置工质进口温度都能有效提高CHF值,延迟CHF状态的出现。高壁温下,工质进入微肋阵时,依次呈现三种状态。流量较小时,工质进入通道后立刻被雾化,为膜态沸腾的雾状流状态;随着流量增大,通道内汽泡密集地出现,进入环状流、弹状流和孤立汽泡依次出现的核态沸腾状态;雷诺数继续增大,汽泡数量逐渐减少,工质进入单相流动状态。在雷诺数增大的过程中,通道底板温度逐渐降低,对流换热性能随之上升。对比六种微肋阵流动换热性能发现,开口水滴形微肋阵前端凹腔和尾部流线型的设计能有效降低工质的流动阻力,但由于针肋特征尺寸较大,有效换热面积增加,对流换热系数偏低。开口水滴形微肋阵附近区域内汽泡的生长流动特性不同。针肋后方二号区域和针肋间三号区域内汽泡的等待时间和生长时间都随热流密度的增大逐渐降低,而汽泡的脱离频率则逐渐上升;工质流量增大,明显降低了汽泡的生长时间和针肋尾部一号区域汽泡的迁移直径。随着雷诺数的增大,汽泡等待时间和生长时间均增加,脱离频率逐渐降低,针肋附近三个区域内汽泡的脱离直径都受到流型的影响,均呈现先增大后减小的趋势。