微通道内沸腾换热强化传热特性研究(2)
通道内的沸腾换热提供的冷却与加热更为高效。微通道内的两相沸腾高的热换系数使得冷却
和加热更加迅速,因此在微电子机械( MEMS 和MST ) 与航天机舱内热环境控制、 计算机CPU
的冷却以及生物医学等行业领域已经被广泛地应用。
1.1 研究背景及意义
微通道流动沸腾的研究中， 目前对于微通道的传热机理、 压降特性以及干涸 (dry - out) 现
象等的认识还十分有限,许多相关的研究处于初级研究阶段,并且对同类现象或相近问题的实
验结果及分析尚没有统一确定的认识,类似于大通道那样相对准确的沸腾换热关联式也没有
建立起来,对工程设计和应用来说的指导作用还没有真正形成与应用,使得微通道内沸腾强化
换热问题成为近年来对高效换热的又一研究热点。
根据目前工程实际应用情况,一般将当量直径大于 3 mm 的称为大管(通) 道;在 1mm～
3mm 之间的称为小管(通) 道;而 1mm 以下的称为微管(通) 道。与传统设备相比,微通道换热
设备在相同的工况条件下具有更高的换热效率,比如微电子冷却,在质流量为 7000kg/h 的情况
下,在采用微通道换热器的边长为3cm 的方形表面上所测得的传热量可高达200kW,这种传热
效率的提高主要得益于微尺度相对于大尺度通道有更高的换热系数和较大的表面密度。但由
于尺度的微小化，对微通道内的换热研究带来了新的困难，如：尺度效应、表面效应、流体
的压缩性与稀薄性以及壁面作用等，这些区别于传统的常规尺度的流动沸腾换热规律需要去
开展研究，并确定这些规律对与微通道流动沸腾换热的影响。
对微细通道内的沸腾强化传热机理进行试验研究和分析，对高效换热器的设计提供了技
术支撑，符合当今社会对换热效果等因素的要求，因此理解和掌握微细通道内流体的流动特
性和相变换热特性，结合对试验数据的分析，归纳总结出影响微小通道内流体沸腾换热的关
键技术是非常有必要的。
微通道内沸腾换热，由于其有相变换热，拥有极为优秀的换热性能，在阅读大量文献后，
基于当前国内外的相关研究，在现今已有的基础上对微通道内沸腾换热的影响因素进行进一
步的研究，对各种因素在对换热过程的影响研究并记录，从而获得强化换热过程的有效方法。1.2 微通道的实验研究成果
微通道与大管道有很大的不同，在微通道中的换热的机理非常复杂，并且观察汽泡与精
确测量十分困难，在微通道内的沸腾换热并未得到很精确的结果,目前在常规通道的沸腾换热
机理仍然有很大的研究空间时，对这一领域，国内外还是有很多的研究人员开展了很多的探
索性试验。
1.2.1 微通道沸腾换热国内外研究状况
对于微通道内的沸腾换热研究，国外的专家学者们在更早的时间开展了研究，并且取得
了相应的成果。Lazarek 和 Black[1]对 R-113 工质在大管道和微通道内的沸腾流动特征进行了
比较试验，在试验中将 Kandikar[2]关联式与管道沸腾流动实验数据对比（内径为 3.1mm 的管
道）得到了很好的结果，实验数据与关联式吻合度较高，在实验中仅在高干度区有所差异；
而Kamidis和Raciguruajan[3]整理了对R-113工质且内径为1.59mm、 2.78mm、 3.97mm和4.62mm
的管道内的沸腾换热实验数据，将 Kandikar 关联式[2]与其中的 1.59mm 管道的实验研究结果
对比，得出Re=5720 时非常符合；在 Re=2370 时关联式预测值则会偏低，这被认为是过渡区
存在使得湍流单相换热关联式不适用。
Wambsganss 等人[4]
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