微细通道内的流动沸腾换热特性研究

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随着现代工业的蓬勃发展,高热流密度换热设备的高效冷却问题倍受关注。这一问题亟须解决,大大推动了微细通道流动沸腾的发展,很多国内外学者都对此展开了相关研究,目前已有部分成果得以应用。微细通道内的流动和传热与常规通道有所不同,流动特性更加复杂,传热机理尚未定论,微细通道流动沸腾问题的研究依然处于初步阶段。目前已有许多管内流动沸腾换热的关联式被提出。关于管内流动沸腾传热关系式对于R134a的适应性,已有的评价分析涉及的关系式数量和实验数据很局限,造成了评价结果的很大差别和相互矛盾。为了更全面、准确的评估,本文从19篇文献中收集了1916个R134a管内流动沸腾的实验数据,整合成本文研究所需的数据库。本文从文献中搜集了19个微细通道流动沸腾换热的关联式,并用收集到的R134a实验数据对这19个公式进行了评价分析。分析结果表明,Gungor-Winterton公式、Bertsch公式、Sun-Mishima公式、Tran公式以及Cooper公式等5个公式的预测效果较好,其中Gungor-Winterton公式的综合评价结果最好。以Gungor-Winterton公式为基础,开展新关联式的研究,得到的新关联式提高了对实验数据的预测效果,MARD从Gungor-Winterton公式的35.1%降至27.9%,效果较好,能够满足工程需求。为了验证新公式的预测效果,本文开展了R134a管内流动沸腾的实验研究。实验分别以内径1.299mm和4.004mm的铜管为实验段,实验结果表明新公式对1.299mm实验段实验数据的预测效果优于其他公式,适用于微细通道的计算;对4.004mm实验段实验数据的预测效果仅次于Sun-Mishima公式,适用范围较广。关联式适用范围的差异性会使其预测效果的排序有所不同。实验数据表明,多数情况下,换热系数随干度的增大而增大;在增大过程中,可能会在某个干度值出现转折点,而后随干度增大而减小。
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