原文传递
微通道结构对通道内液塞流动特性的影响研究
| 论文题名： | 微通道结构对通道内液塞流动特性的影响研究 |
| 关键词： | 船舶电子电气设备;微通道结构;液塞流动;摩擦阻力;驱动压力 |
| 摘要： | 随着船舶电子元器件使用的增多，船舶电子电气设备的散热问题逐渐被广泛关注。微通道换热器作为一种小型高热通量的散热设备，为该问题的解决提供了全新的思路。微通道换热器内部的流动多为两相流，流型发生改变且不稳定，进而影响着微通道内的流动和传热性能。作为微通道内两相流中非常重要的一种，液塞流在微通道内流动领域的研究地位卓著。本文研究了微通道的结构对通道内液塞流动特性的影响，论文的主要内容如下： 基于定径通道液塞流动的理论模型，对变径通道内的液塞流动进行了理论研究。根据增广Laplace-Young方程，确定了通道内驱动压力公式的组成成分。由此，可在定径通道内的液塞流动过程中，探究动态接触角值的理论变化规律。研究结果表明，在变径通道内的液塞流动中，液塞的驱动压力是由界面压力、分离压力和摩擦阻力构成，并且分析了各构成项与变径结构和流速的关系。 利用高速摄像技术，搭建了液塞流动的可视化实验台，分别对定径微通道和变径微通道内的液塞流动进行了可视化实验研究。研究发现，流速是影响液塞流动的主要因素。对于定径通道内的液塞流动，液塞长度随流速的增加而减小。在相同流速的条件下，液塞长度与工质的动力粘度、通道内径大小的变化趋势相反。后退角随着流速的增大而减小，而前进角则相反，后退角的变化速率大于前进角。同时，工质的表面张力越大，驱动压力亦随着流速的增加变化越明显，其界面压差的权重更大。并且，在相同流速的条件下，驱动压力亦随通道内径的增加而变大。 对于变径通道的液塞流动，可视化的实验研究表明，通道变径比大小的增大对液塞的长度和动态接触角值的变化影响更大，且变径通道内驱动压力的变化速率亦随着通道变径比大小的增加而变大。与定径通道相比，变径通道液塞流内部的分离压力是不可忽略的。同时，相较于分离压力，摩擦阻力值对驱动压力的结果影响更大，但分离压力的大小受变径结构和流速的影响更为显著。 利用数值模拟软件对定径和变径微通道内的液塞流进行了数值模拟研究。结果表明，数值模拟得到的液塞流的流型和可视化实验得到的流型基本一致。对比分析了液塞击穿和未击穿时的速度场，在液塞被击穿的瞬间，气液两相界面附近的速度场变化更为剧烈，内部速度梯度的变化亦更为明显。同时，结合液塞流的压力云图和压力分布曲线图，对液塞流的压力分布进行了分析。 |
| 作者： | 孙成锦 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 赵楠楠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
