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摘要：在较高热负荷下,毛细微槽群热沉单元存在有三相接触线附近薄液膜的高强度蒸发以及厚液膜区域液体核态沸腾的复合相变换热机制,使其具有优良的换热特性,可用来大功率的LED照明、大功率激光器、载人航天的高热流密度散热、电厂烟气余热利用和高性能电子器件等的冷却需求。旨在对竖直放置的开放式毛细微槽群中厚液膜区域液体核态沸腾实验研究,揭示毛细微槽群热沉中的汽泡动力学对汽液固三相接触线的影响及其高强度沸腾相变换热机理,从而为高性能微槽群相变散热系统的设计及发展依据。利用最高拍摄速率可达100000帧/秒的高速摄像仪,以透明硼硅玻璃为基体的矩形毛细微槽群中的核态沸腾现象了可视化实验研究。实验以蒸馏水为工质,研究液体过冷沸腾情况下毛细微槽内的汽泡动力学对汽液固三相接触线的影响及换热特性,包括三相接触线在汽泡动力学影响下的波动规律、三相接触线受到扰动后产生的波动与微槽几何尺寸和热流密度之间的关系。在汽泡破裂后初期,三相接触线会形成一个的凹陷,随后三相接触线会成V形、w形,在粘性力的作用下,波动逐渐衰减,使三相接触线恢复成原,直到下个沸腾周期内汽泡动力学再次对三相接触线产生影响。对实验数据图像处理、拟合和理论分析,发现在相同尺寸的微槽群内热流密度越高,受到汽泡动力学影响后三相接触线波动的幅度就越剧烈,三相接触线的波动总时长也较长；三相接触线波动与几何尺寸也有关系,相同热流密度、相同槽深的实验件中,槽宽越窄的微槽三相接触线波动范围较小,波动范围受限；相同热流密度、相同槽宽的实验件中,槽深较深的实验件内三相接触线波动振幅,但较深微槽和较浅微槽内三相接触线波动的波形具有性；相同热流密度下,具有相同深宽比的实验件中,较深较宽的微槽内三相接触线波动范围和振幅都,衰减中大尺寸微槽内三相接触线的衰减也较。,在实验中,发现过冷沸腾中的汽泡破裂瞬间会导致一些薄液膜区域的液滴进溅出微槽,从而使得蕴含在液滴中的巨大的汽化潜热未被充分利用,因此降低了薄液膜区域沸腾中应有的换热量,会对微槽群内换热效果造成损失。利用高速摄像仪自带软件对实验图像处理,提取出汽泡破裂而进溅的液滴量,转换成损失的汽化潜热量,并分析微槽的几何结构与损失的汽化潜热量之间的关系,发现相同实验件中热流密度越大,飞溅出的过冷液滴量越大；相同槽宽的实验件中,热流密度较小时浅微槽损失了更多的汽化潜热,而当热流密度达到一定值后,较深微槽的汽化潜热损失量更多；相同槽深的实验件中,微槽越宽,迸溅出的过冷液滴量越大,损失的汽化潜热也越大；相同深宽比的微槽中大尺寸微槽内薄液膜区域进溅的过冷液体较多,损失的汽化潜热也。关键词：毛细微槽群论文汽泡动力学论文三相接触线论文过冷沸腾论文
摘要5-7
Abstract7-11
第1章 绪论11-31
1.1 任务背景和实际11-14
1.2 国内外研究发展现状14-29
1.2.1 微槽群热沉研究现状14-19
1.2.2 汽泡动力学研究现状19-25
1.2.3 微槽群结构中薄液膜和接触线的研究25-28
1.2.4 现有研究工作的不足28-29
1.3 研究目的和主要内容29-31
1.3.1 研究目的29
1.3.2 主要内容29-31
第2章 实验系统和实验方法简介31-37
2.1 实验系统31-32
2.2 微槽群实验件、实验方法介绍及误差分析32-34
2.3 图像处理方法34-35
2.4 小结35-37
第3章 毛细微槽群汽泡动力学对三相接触线影响的实验研究37-72
3.1 三相接触线随沸腾变化的景象37-40
3.2 三相接触线的几何特征40-45
3.2.1 三相接触线在沸腾周期中的几何特征40-43
3.2.2 三相接触线变化的几何特征与拟合43-45
3.3 三相接触线的波动特征45-65
3.3.1 三相接触线与热流密度的特性45-52
3.3.2 接触线与槽群尺寸的特征52-63
3.3.3 三相接触线的波动时长63-65
3.4 三相接触线波动引发的液滴进溅对微槽群内换热特性的影响65-70
3.4.1 三相接触线波动引发的液滴迸溅现象65-66
3.4.2 迸溅液滴对换热特性的影响66-70
3.5 小结70-72
第4章 与展望72-76
4.1 的研究72-73
4.2 的创新点73-74
4.3 对未来工作的展望74-76
主要符号表76-77