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对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度( Critical Heat Flux,CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。另外,在设计有效的微通道冷却系统时,需要一个正确实用的模型来预测临界热流密度的情况。本文的主要目的就是从定量和定性两个方面来研究微槽道CHF情况。
鉴于此,本文对矩形微槽中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同直径(0.3~2mm)、较大范围的质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。文中分析了不同参数(质量流速、进口过冷度、出口干度和直径大小等)对CHF的影响,并且和文献中研究结果比较。在CHF出现时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明,CHF随质量流速的增加而增加;进口过冷度对CHF影响不大;CHF随着出口干度的增加而降低;CHF随着槽道直径的减小而增大。
已存在的常规尺寸槽道CHF预测关联式并不适用于微槽道。本文引用了一个适用于微槽道饱和沸腾CHF的简单预测模型。通过与文献中和本文实验数据进行对比,一方面验证该模型的预测性能,另一方面也验证本文实验数据的可用性。该模型的预测值与实验数据比较得到的平均绝对误差( MAE)都在30%以内。最后将该模型与已存在的常用的CHF计算关联式比较,结果表明该模型是一个计算简单、适合预测微槽道饱和沸腾CHF的模型。