毛细通道内的流动和蒸发特性研究

摘要

毛细通道内的流动与蒸发因为在宏观尺度下被忽略的毛细力作用影响而表现出与宏观流动与蒸发不同的特征。这种独特的现象在当今化工、制冷、MEMS(Micro-electromechanical Systems)和空间技术等许多方面具有日渐广泛的应用,因此开展此研究具有重要意义。本文以毛细通道为研究对象,实验研究液体工质在毛细玻璃圆管和多孔介质中的流动与蒸发特性,采用高速摄像结合显微镜观察的方法精确观察工质流动、蒸发现象,总结归纳工作机理,并将实验研究结论应用于环路热管蒸发器设计和传热特性分析。本文主要研究内容及结论如下:
　　1.综述了毛细流动、毛细蒸发和环路热管蒸发器及其传热特性的国内外研究现状,分析了本领域理论与实验研究等方面存在的不足;
　　2.搭建可视化实验平台,对5-500μm毛细玻璃圆管和平均当量直径25μm左右的多孔介质内的流动与蒸发现象进行观测;
　　3.对毛细管内的毛细流动进行实验研究,分析了L-W模型理论值与实验值之间的误差,探究了动态接触角对L-W模型计算误差的影响,给出了需要对接触角进行修正的时间范围,并分析得到了管径对该修正时间范围的影响特性。对多孔介质内的毛细流动进行研究,发现理论值与实验值的偏差主要来源是粘性流动阻力增加。
　　4.实验观测了100-500μm毛细管内的自然蒸发与受迫蒸发现象。发现毛细管内的受迫蒸发是以工质喷射的形式进行的,分析得出喷射过程在管口形成的液塞会对蒸发效率产生重要影响,进而研究了热负荷、加热点位置及管径对液塞和蒸发特性的影响。
　　5.结合毛细蒸发机理,对环路热管(loop heatpipe,LHP)蒸发器内的温度波动现象、小功率启动特性及蒸发器槽道几何参数设计准则予以新的解释,对环路热管毛细芯设计提出建议并予以部分实验验证。

目录

声明

符号说明

摘要

第一章 绪论

1．1 微通道内流动研究简介

1．2 毛细通道内蒸发的国内外研究现状

1．3 环路热管毛细芯内蒸发国内外研究现状

1．4 本文研究目的与内容

第二章 毛细流动实验

2．1 毛细管内的毛细流动

2．1．1 实验目的与方法

2．1．2 实验结果

2．1．3 L-W模型使用条件讨论

2．1．4 动态接触角影响分析

2．2 多孔介质内的毛细流动

2．2．1 实验目的与方法

2．2．2 实验结果与讨论

2．3 本章小结

第三章 毛细蒸发实验

3．1 受迫蒸发实验

3．1．1 实验目的与方法

3．1．2 实验装置与步骤

3．1．3 温度测量与热量计算

3．1．4 实验结果

3．1．5 管内工质蒸发模式的原理分析

3．1．6 影响液塞的因素

3．2 自然蒸发实验

3．2．1 实验目的与方法

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 毛细芯设计分析

4．1 环路热管蒸发器温度波动分析

4．2 环路热管小功率启动分析

4．3 环路热管蒸发器槽道几何结构分析

4．4 多孔介质实验验证

4．4．1 实验目的与方法

4．4．2 实验步骤

4．4．3 实验结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢