具有二次传热表面的微小矩形通道内流动沸腾的传热机理研究

具有二次传热表面的微小矩形通道在沸腾工况下可提供很大的换热系数，使其在制冷低温和电子器件冷却等领域有着广泛的应用。由于流体表面张力的作用，此微小通道内工质相变的两相流型与常规圆管相比表现出新的物理现象。但由于其几何尺寸微小和结构复杂，尚不能完全了解其流动沸腾发生的物理本质，也没有完善的理论描述各参数间的内在联系。因此，本研究提出采用CFD数值模拟和PIV可视化实验相结合的方法，研究此复杂微小通道内的流动特性；并采用可视化的换热实验研究方法，以制冷剂R113为工质，对不同结构型式和几何尺寸的微小通道，在流动沸腾换热过程中气泡的生长,两相流型分布和流型转变进行研究，揭示流体在复杂微小通道内的流动沸腾传热机理，阐明流体在相变换热过程中压降和局部换热系数等参数与流体运行工况和通道结构参数之间的关系。此研究可充实复杂微小通道内的流动沸腾换热理论，并为此类紧凑式复杂换热表面的性能优化设计提供理论指导。

对多种结构的高压锯齿型翅片内的流动换热过程进行数值模拟研究，拟合出具有极佳预测性能的j因子和f因子指数-多项式关联式，通过与实验结果对比，其偏差在±15%内，为高压板翅式换热器的设计提供了理论指导；分别对打孔翅片和锯齿翅片的流动沸腾特征进行了研究，获得了两种不同翅片类型所导致的相变换热特性差异；提出了结合局部热平衡的多股流板翅式换热器通道排列设计准则，通过比较不同权重下的通道排列性能来确定不良集聚负荷的最佳位置，最终换热器的热效率可以达到等壁温理想条件下的98%以上；借助遗传算法实现了直接、快速、高效的自动优化排列，最后通过实验验证了前期的理论成果；提出一种导流翼封头结构改进方案，通过对导流翼若干结构参数的研究，获得了出口不均匀度S随相对翼距s/d以及导流翼角a的变化规律，优化了导流翼封头结构。