1、微尺度下的流動(dòng)沸騰傳熱與傳質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，有著廣泛的應(yīng)用前景。雖然很多研究者作了不少的工作，發(fā)表了較多的文章，但是對(duì)機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然很不充分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也相差很大，甚至相反。但由于其在微機(jī)電系統(tǒng)、高能流密度微電子、航空航天、激光技術(shù)及新材料的加工及制造上有巨大的應(yīng)用前景，各國(guó)的眾多研究者對(duì)微尺度流動(dòng)沸騰的研究給予了高度的重視。本文以揭示微槽道內(nèi)流動(dòng)沸騰的機(jī)理為目的，以流動(dòng)沸騰的流型、壓降及換熱特性為著手點(diǎn)，對(duì)微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研

2、究及理論分析。 本文首先利用38000幀/秒的高速攝影儀和寬視場(chǎng)體視顯微鏡相結(jié)合的可視化觀察與測(cè)量技術(shù)對(duì)水平布置的石英玻璃微管及矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰的氣泡產(chǎn)生、生長(zhǎng)及合并等流型的變化進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在內(nèi)徑為520μm和315μm石英玻璃微管內(nèi)，其流動(dòng)沸騰的流型以單相液流、泡狀流、塞狀流和環(huán)狀流的周期變化為主。而在內(nèi)徑為242μm微管內(nèi)，無(wú)論是在過(guò)冷沸騰和飽和沸騰情況下，都只發(fā)現(xiàn)了單相液流和環(huán)狀流流型，而沒(méi)有

3、看見(jiàn)任何氣泡的行為。在微通道內(nèi)水的過(guò)冷流動(dòng)沸騰中，進(jìn)出口壓降變化與出口溫度基本上是一一對(duì)應(yīng)并且反相的，其過(guò)程從宏觀上講是由飽和蒸汽和過(guò)冷水的交替通過(guò)組成的。這與常規(guī)尺度下流動(dòng)沸騰的情況是完全不同的。在矩形微槽內(nèi)流動(dòng)沸騰過(guò)程中，其流型變化無(wú)論是過(guò)冷沸騰還是飽和沸騰都與石英玻璃微管內(nèi)的流型變化基本一致。 其次，在了解微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰的流型變化特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了充分的了解微管及矩形微槽內(nèi)流動(dòng)沸騰的壓降特性和換熱特性，我們以蒸餾水為工質(zhì)

4、，采用直接電加熱的方式，利用紅外熱成像儀和高精度熱電偶、精密壓力傳感器對(duì)微通道的外壁面溫度和進(jìn)出口壓降進(jìn)行了精確的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：利用紅外熱成像儀的顯示特點(diǎn)，可以對(duì)不透明的微管內(nèi)過(guò)冷沸騰狀態(tài)下流型的變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。在飽和流動(dòng)沸騰時(shí)，兩相摩擦壓降隨熱流密度的增加而增大。而兩相摩擦壓降因子Ф2FL隨L-M參數(shù)X的增加而單相減小，與質(zhì)量流速的變化也有一定的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，微圓管與矩形微槽內(nèi)流動(dòng)沸騰的壓降結(jié)果幾乎是一致的。

5、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與其他研究者的實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)式的比較，并考慮到不同管徑和流速的影響，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上建立了新的微管及矩形微槽內(nèi)兩相摩擦壓降因子Ф2FL及兩相摩擦壓降關(guān)聯(lián)式。在對(duì)飽和流動(dòng)沸騰換熱特性進(jìn)行探討時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于微管，兩相換熱系數(shù)隨干度的增大而逐漸緩慢減小或保持不變，這種現(xiàn)象是由于環(huán)狀流氣芯中間間歇通過(guò)的液體在壁面上的沉積導(dǎo)致了液膜的增厚而造成的。而質(zhì)量流速和進(jìn)口溫度等參數(shù)的變化均會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)段的換熱特性產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于矩形微槽內(nèi)的流動(dòng)沸騰

6、情況，其換熱的特性與微管內(nèi)的恰恰相反，兩相換熱系數(shù)總體上隨干度的增大而逐漸緩慢增大或保持不變。這可能是由于壁面加熱方式的不同導(dǎo)致氣相夾帶液體在壁面上沉積方式的變化而引起。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與已有的疊加模型、兩者擇大模型、漸進(jìn)模型和增強(qiáng)模型及幾組微細(xì)管槽的實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)式進(jìn)行了比較，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，建立了新的微管和矩形微槽內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)式。 最后，在微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰的可視化實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文建立了飽和流動(dòng)沸騰狀態(tài)下微管