人字形排布的矩形微槽平板上液膜流动及换热特性研究

摘要

现有的板式蒸发冷却器上的液膜受到表面张力和接触角的影响，会往体积最小的方向收缩成溪流，换热器表面未被液膜覆盖的地方出现干斑，严重恶化了换热效果。要提高换热效率，就需要增大液膜在平板表面的铺展面积，为了达到这一效果，创新性的提出在平板表面刻人字形微细矩形凹槽的方法，该微凹槽将引导下降液膜往横向铺展，从而增大换热面积，提高换热效率。　　本文通过冷态实验、换热实验及数值模拟的方法，研究了这种人字形排布的矩形微槽平板上液膜的流动特性和换热特性，并在研究范围内给出了换热效果较优的凹槽设计参数。主要研究成果如下：　　(1)人字形排布的矩形微凹槽有效的引导液膜横向铺展，提高了液膜润湿面积，在研究范围内，当微槽的设计参数为深0.3mm,宽0.5mm，人字形夹角120°时，表面润湿面积占比可从光板表面的62%~89%提高到84%~94%。　　(2)平板表面液膜换热效果受到微槽的设计参数和流体雷诺数的综合影响，在雷诺数较低时，60°的人字形排布的矩形微槽平板的无量纲出口温度是光板的1.4倍；在雷诺数较大时，该参数是光板的1.6倍。　　(3)通过实验研究发现人字形排布的矩形微槽的存在，在不同布液速度下均有效提高了平板表面液膜润湿面积，当布液参数为n=4,v*=0.59m/s时，120°、90°、60°人字形微槽平板上液膜比湿面积较光板增大47.1%、43.2%、31.3%%；通过平板温度对比得到120°人字形换热效果最好。　　(4)振动是一个有效提高平板表面液膜换热效率的方法，振动参数频率和振幅综合影响换热效率，在研究范围内，当振幅为2.0mm,频率为50Hz时，降膜换热效率相比无振动状态提高了27%。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 蒸发冷却研究

1.3 降膜蒸发研究

1.3.1 液膜流动的稳定性

1.3.2 强化液膜换热效果

1.4 本文的主要研究内容

2 人字形排布的矩形微槽平板上液膜CFD研究

2.1 基准模型介绍

2.1.1 VOF方法

2.1.2 几何重构（Geo-Reconstruct）方法

2.1.3 表面张力模型

2.1.4 接触角

2.1.5 湍流模型

2.1.6 控制方程

2.2 人字形排布的矩形微槽平板上液膜流动特性分析

2.2.1 物理边界与计算条件

2.2.2 计算精度与准确性验证

2.2.3 结果与分析

2.3 人字形排布的矩形微槽平板上液膜换热特性分析

2.3.1 物理边界与计算条件

2.3.2 计算精度与准确性验证

2.3.3 结果与分析

2.4 本章小结

3 人字形型排布的矩形微槽平板上液膜流动换热实验研究

3.1 实验介绍

3.1.1 实验流程

3.1.2 实验设备

3.1.3 实验测试方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 液膜流动状态

3.2.2 平板表面润湿程度

3.2.3 平板温度

3.3本章小结

4 振动平板上降膜流动换热特性

4.1 物理边界与计算条件

（1）物理边界

（2）计算条件

（3）计算精度验证

4.2 振动正弦方程

4.3 结果与分析

4.3.1 振动与无振动时液膜对比

4.3.2 振幅对降膜换热的影响

4.3.3 频率对降膜换热的影响

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

攻读硕士学位期间参与的研究项目