宽矩形硅微通道中流动冷凝的流型

对水力直径90.6 μm、宽深比9.668的矩形硅微通道中的流动冷凝过程进行了可视化研究。研究发现,宽矩形硅微通道中的冷凝,沿程主要有珠状-环状复合流、喷射流和弹状-泡状流等流型。在珠状-环状复合流区,冷凝液膜可覆盖通道竖直侧壁,而在通道长边上,仍然为珠状凝结。喷射流位置随着入口蒸气Reynolds数的增大而延后,通道截面形状对流动冷凝不稳定性也存在很大影响。喷射流之后为弹状-泡状流,弹状气泡沿程逐渐缩短,并在表面张力的作用下收缩成圆球形气泡。冷凝通道的平均传热系数将随着入口蒸气Reynolds数的增大而增大。     

矩形微通道中环状冷凝的三维数值模拟

建立了恒热流边界条件下矩形微通道中环状冷凝过程的三维模型。通过求解气相和弯月面区动量和质量方程及薄液膜厚度方程,得到了弯月面毛细半径分布、冷凝液膜厚度分布,以及传热系数和壁面温度分布。薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚,到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中,薄液膜区的传热系数大于弯月面,最大局部传热系数及壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。[JP2]在冷凝起始段,通道横截面平均传热系数沿程急剧减小至一极值;在此之后的很长一段距离内,则基本保持不变;[JP]直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。     

矩形微通道内气液两相流型及其转换边界的实验研究

气液两相流流型预测是微流动系统设计和控制的基础.实验在带有“十”字形和“T”字形的矩形微通道(主通道水力直径0.29 mm)内,以氮气作为气相,分别以乙醇-表面活性剂水溶液或丙酮-表面活性剂水溶液为互溶混合液相,对气液两相流型及转换边界进行了研究.气相表观速度和混合液相表观速度分别在0.012～22.391 m·s-1...     

矩形微通道中PS熔体的流变特性

使用双料筒毛细管流变仪测试PS熔体在温度为220、240、260℃和剪切速率为500-2万s-1的条件下流经截面为320μm×300μm、500μm×400μm、1000μm×785μm,长径比不同的矩形口模时的黏度.实验结果表明:在同一温度和剪切速率条件下,熔体黏度随口模截面尺寸减小而减小;随口模长径比增大而增大.将...     

微机电系统中的矩形通道内微气泡控制生长

采用微机电系统（MEMS）硅加工工艺,设计、加工出了6种不同规格的实验用微气泡控制生长MEMS器件;构建了MEMS器件中微气泡控制生长实验系统并完成了实验,讨论了热负荷、微加热元宽度、微通道截面参数、工质流速及物性参数等对微气泡生长的影响。结果表明：同等实验条件下,加热电压幅值越高,微气泡生长速率越快;加热脉冲宽度仅对微气泡形成后的进一步生长有影响;加热条件相同的前提下,微加热元宽度越大,气泡成核所需的时间越短、微气泡生长速率越快;微通道宽度一定且高宽比大于1的条件下,高宽比越小,后期微气泡生长速率越慢;微流体的流速越高,微气泡生长始点越晚、生长速率也越低。相同实验条件下,R113、FC-72、去离子水三者中,R113中微气泡生长始点最靠前、生长速率最快,去离子水中微气泡生长最靠后、生长速率最慢。     

恒壁温下矩形微通道热沉换热特性分析

建立了恒壁温条件下矩形硅微通道热沉的三维模型,对微通道内单相层流的换热和流动特性进行了数值模拟研究,分析结果表明:沿流动方向,热沉流体域的温度梯度大于固体域的温度梯度,且最大的温度梯度出现在入口段;除恒温热沉顶面外,通道顶面的温度最大,通道底面和热沉底面的温度近似趋于定值。通道内的换热研究发现,通道侧壁面的Nu数最大,顶面与底面相差很小,角落处的Nu数趋近于0。     

超细HMX的表面能研究

用DCAT21型表面/界面张力仪测量了原料HMX（奥克托今,45μm～62μm）、超细HMX（0.2μm～1.7μm）和黏结剂FPM2602的接触角,并计算出它们的表面能。分析了HMX随粒径变化时其表面能的变化规律和黏结剂包覆超细HMX表面能的基本要求。结果表明,细化HMX表面能随粒径的减小有增加的趋势;黏结剂的表面能低于超细HMX的表面能,理论和实验均证明黏结剂FPM2602能包覆于超细HMX的表面。     

温度对杨木木粉表面自由能和表面极性的影响

通过毛细管上升法测定了经过不同温度处理的杨木木粉的表面接触角,依据Washburn方程和Owens-wendt-Kaelble法,求解了经过不同温度处理的杨木木粉的表面自由能及其极性分量和非极性分量。结果表明,杨木木粉的表面自由能为23.43 mN/m,体现分子色散力的非极性分量为4.64 mN/m,在处理时间为2 h的条件下,随着处理温度的上升,杨木木粉的总表面自由能略有下降,体现其分子色散力的非极性表面自由能上升,体现其表面极性值的极性表面自由能下降,并分析了上述结果的原因。     

金基片的清洗与其接触角和表面能的大小

通过视频光学接触角测量仪OCA20分别测定Pirhna清洗、UV/O3和等离子清洗的金基片的静态接触角和动态接触角,用纯净水和二碘甲烷作滴定液体测得不同方法清洗所得的金基片的表面能大小,证明了等离子清洗的金基片润湿性最好、接触角滞后现象最小、表面能最大,说明等离子清洗洁净度最高,基片表面平整性最好并且具有较强的吸附能力。     

蒸汽加热垂直矩形窄通道传热特性实验研究

以去离子水为工质,对1 400 mm×250 mm×2.75 mm的蒸汽加热垂直矩形窄通道展开沸腾传热特性实验研究。结果表明：质量流量变化对于平均传热系数的提升效果弱于入口温度的改变,窄通道内的传热机理以核态沸腾为主导因素;加热功率的提升对平均传热系数有促进作用,但是过大的干度会导致传热恶化,核态沸腾受到抑制,平均传热系数的增长受限;将实验数据与8个传热经验关系式对比,Kandlikar公式相较于其他公式的预测效果最好,并以Kandlikar公式为基础改进拟合了新的经验关系式,改进后的关系式与实验数据吻合良好,97.3%的数据预测误差在±40%以内。实验结果为板式换热器的评估和优化提供实验依据。     

铝基Al2O3纳米多孔表面大容积池沸腾实验

目前微电子器件不断地向高密度、微型化、功能化方向发展,散热问题是制约技术进一步发展的瓶颈.本文拟利用纳米多孔表面优良的相变传热特性,解决电子器件微型化散热难的问题.文中以铝基Al₂O₃纳米多孔薄膜为传热表面,以去离子水为工质,常压下对其大容积池沸腾下的传热性能进行了实验研究.实验结果表明:与光滑表面相比,Al₂O₃纳米多孔表面在核态沸腾时汽化核心密集,产生汽泡体积小、数量多并能提高铝基传热表面的传热系数2～5倍,且能够在长时间内维持其较高的传热系数;以纳米多孔表面作为传热表面,可以有效降低微电子原件表面温度3～5℃,在核态沸腾阶段能够降低30℃以上,很好地起到了降低电子元件表面温度的作用.实验结果对微电子冷却有重要的参考作用.     

Simulation of condensation flow in a rectangular microchannel

The condensation flow of the refrigerant FC-72 in a rectangular microchannel with a 1-mm hydraulic diameter is numerically studied using the volume of fluid (VOF) model. The heat transfer related to the condensation is taken into account by a thermal equilibrium model assuming the interface temperature is at saturation. The numerical method is validated against experiments from the literature and well predicts the flow patterns along the microchannel. The vapor phase in the microchannel forms a continuous column with a decreasing diameter from upstream to downstream. Slugs are periodically generated at the head of the column. Decreasing the wall cooling heat flux or increasing the flow mass flux increases the vapor column length. Waves along the interface cause necks in the column and locally increase the vapor velocity and decrease the pressure, facilitating breakage of the vapor column into slugs. The liquid temperature is close to saturation near the interface and lower downstream and in the thin liquid layer close to the cooling surface. The initial bubble size increases with increasing flow mass flux or decreasing cooling heat flux.     

T型微通道内吸收H_2S实验研究

在水力学直径为1.00 mm的方形T型微通道内,采用质量分数为40%的N-甲基二乙醇胺(MDEA)吸收含有体积分数为0.12%的H2S混合气体。实验发现,在微通道内可以获得很高的H2S脱除效率,在气液体积比为200∶1时,其脱除效率可以达到99.5%。在微通道内的H2S传质过程中,H2S传质的阻力主要集中在气侧,而且气侧体积传质系数随着气体和液体表观速率的增加而增加。提出了在过渡区的二相流型中,气侧体积传质系数的量纲一经验关联式,其计算值和实验值吻合得很好。通过比较发现,微通道比其他传统设备的气侧体积传质系数高出1—2个数量级。     

煤灰渣酸浸提铝试验

为实现煤炭资源化分级利用,对东北某热电厂循环流化床锅炉灰渣进行提铝研究。用硫酸在不同的反应条件下酸浸,以获得较高的铝浸出率和合适的酸浸条件,产品为富含硫酸铝的酸浸液和高硅提铝残渣。酸浸实验结果表明,较为合适的酸浸条件为:5mol/L的硫酸、105～110℃的酸浸温度、2h的反应时间和1:3的固液比,此时铝浸出率为91.5%,提铝残渣中SiO₂含量高达87.6%。X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明,原始煤灰渣中的铝元素主要以非晶态的化合物形式存在,而非晶态物质具有较高的化学反应活性,促成了较高的铝浸出率。因此,这种循环流化床锅炉的灰渣酸浸提铝提硅较为合适。     

新型板式微流道热管运行特性实验分析

文章以树状仿生微流道结构作为蒸发器,设计一种无吸液芯结构的新型板式环路热管。通过实验的方法,研究了功率10 W热负荷时,不同充液率(30%—85%)、不同倾斜角度(0°—90°)下热管的运行特性、启动特性和热阻特性,结果表明:热管可正常运行并且充液率范围宽泛;通过不同充液率和角度的配合归结出4种运行现象(波动式稳定、保持式稳定、平台式非稳定、上升式非稳定);影响启动温度的主要因素为充液率,充液率越高,启动温度越高,热管启动越困难;热管在波动式稳定现象中的最佳充液率为30%,在保持式稳定现象中的最佳充液率为45%;影响热阻的主要因素为倾斜角度,其中最佳倾斜角度为60°,此时热管的启动温度和总热阻都最低。     

双喷嘴矩形喷动床流动性能实验研究

在120 mm×240 mm的双喷嘴矩形不锈钢床内,对新型双喷嘴矩形导流管喷动床的最小喷动速度和喷动高度进行了研究,考察了喷动气速、粒径、静床层高度、导流管直径、导流管安装位置对最小喷动速度和喷动高度的影响。结果表明:最小喷动速度随颗粒直径、导流管直径、导喷距的增大而增大,随静床层高度的增大而减小;喷动高度随喷动气速的增大而增大,随导流管直径的增大而减小,受静床层高度和导喷距的影响不大,并得出了最小喷动速度的关联式。     

壳聚糖控制聚合氯化铝混凝残余铝的实验研究

为有效控制聚合氯化铝混凝残余铝对饮用水水质的影响,通过静态实验研究了壳聚糖对铝离子的吸附性能。针对磨盘山水库的低温低浊水,探讨了壳聚糖对聚合氯化铝混凝残余铝的去除作用,并与粉末活性炭的去除效果进行了比较。结果表明,壳聚糖对水中的铝离子具有较强吸附性能,符合Freundlich等温吸附模型;在聚合氯化铝混凝过程中投加0.2~0.4 mg/L壳聚糖能够有效降低残余铝,而达到相同效果时粉末活性炭的投加量为10~30 mg/L。     

微通道内单柱绕流特性的Micro-PIV实验研究

采用微观粒子成像系统（Micro-PIV）实验研究了6<Re<300范围内微通道内D=0.4mm圆柱的绕流特性,获得并分析了不同Re下不同高度流层的速度场、涡量场、湍流强度场及回流区漩涡结构。研究结果表明,微圆柱绕流出现漩涡的第一临界Re在10左右,随着Re的增大,尾流区涡长度和宽度增加,尾流区域增大,漩涡中心后移;由于黏性阻滞,越靠近微通道壁面,主流速度越低且分布越均匀;不同高度下回流区长度相同,远离壁面的平面尾流区漩涡中心沿流动方向后移;高涡量区与高湍流强度区分布在微圆柱两侧,说明该位置流体混合较为剧烈,随着Re的增大,涡量增加,高涡量区变窄、变长,湍流强度及高湍流强度区域增大,当Re>200,不同高度流层的湍流强度差别较小。     

两种印刷电路板式微通道节流制冷器性能实验研究

回热节流结构对微通道节流制冷器性能有决定性影响,针对目前微通道节流制冷器多为单层高、低压通道结构,制冷量较小的特点,结合印刷电路板工艺可刻蚀焊接形成不同结构的叠层通道、传热效率高的优点,设计制作出两种印刷电路板式微通道节流制冷器。两种制冷器交错的高低压通道各6层。第一种制冷器的通道结构为大小微槽道相搭配,实现先回热换热后节流,当量直径分别为463 μm和120 μm;第二种通道结构为错排微圆柱针肋,当量直径337 μm,高低压板片均实现回热和节流并行发生。在2.02~5.20 MPa进口压力范围内实验研究两种制冷器性能,得到制冷器质量流量、进出口压力以及进出口和轴向测点的温度。结果表明,微槽道结构制冷器的节流段温降斜率明显大于回热段;微针肋结构前段温降斜率有略微增大的趋势,由于轴向导热和寄生热负荷的存在,后段温降趋缓。第一种制冷器在5.12 MPa进口压力下的质量流量为4.52 g/s,高压侧压降4.31 MPa,最低温度为210.9 K,第二种制冷器在5.20 MPa入口压力下,质量流量为8.70 g/s,高压侧压降4.40 MPa,最低温度可达165.2 K。相比试件一先以回热为主再以节流为主的流程形式,试件二回热与节流同时作用,热力和传热过程有不同规律,具有明显更优的温降效果,是流量、压降、换热、热力过程相互影响的综合结果。随着微通道技术在气体节流领域的应用越来越多,换热过程中伴随显著节流效应越来越普遍,两试件对比实验研究可为今后此类问题的研究、设计与应用提供一些参考。