微小通道内液氮流动沸腾的可视化实验分析

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1、上海交通大学硕士论文符号说明符号说明一、英文符号A常数l入口段长度，(m)A微小通道截面积，(m2)L微小通道长度，(mm)cA表面积，(m2)m&质量流率，(kg/s)sCa毛细准数w质量流量，(kg/s)c比热，(J/kgK)p压力，(Pa)pCo受限数Δp压降，(Pa)2D直径，(m)q平均热流密度，(W/m)D气泡脱离直径，(m)Q热量，(W)be平均表面粗糙度(μm)ReReynolds数fDarcy摩擦系数S滑速比g重力加速度，(m/s2)T温度，(K)2G质量流量，(kg/ms)ΔT壁面过热度，

2、(K)2*h传热系数，(W/mK)U加热器两端电压，(V)h蒸发潜热，(J/kg)U速度，(m/s)fg3H稳压腔高度，(m)v比体积，(m/kg)3I电流，(A)V体积，(m/kg)k导热系数，(W/mK)WeWeber数K等效系数x质量干度k不锈钢导热系数，(W/mK)z轴向坐标，(m)ss二、希腊字母α空泡份额μ粘度，(kg/ms)oΔα空泡份额不确定度θ与水平方向夹角()3ε′辐射发射率ρ密度，(kg/m)oε接触角()σ表面张力，(N/m)β流动体积份额三、下标a加速度m微小通道atm标准大气压me

3、a测量值c临界点物性out,o出口crit临界sat饱和状态eq热力学平衡sc过冷vii上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：付鑫日期：2008年2月25日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使

4、用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：付鑫指导教师签名：张鹏日期：2008年2月25日日期：2008年2月25日上海交通大学硕士论文第一章绪论第一章绪论本文对微小通道内的液氮流动沸腾的流型特性进行了研究，从微观层面上揭

5、示出微小通道内液氮流动和传热的机理。本章主要介绍研究背景和意义，阐述了近年来国内外微小通道内气液两相流动流型研究方面的工作。在此基础上介绍了作者的主要工作。1.1背景和意义作为一种优良的低温冷却剂，液氮来源丰富，价格低廉，沸点低，具有无色、无毒、无味、不助燃等特性，在航天、电子工业、超导磁体和超导电缆冷却和低温[1]生物医疗等领域应用广泛。随着高温超导材料的发展，转变温度已经提升到液氮温[2]度，Fan等就成功地利用过冷液氮冷却长度为10米的三相交流高温超导电缆。利用液氮相变吸热，使病变组织温度迅速降低、冷冻

6、以至坏死的低温手术正逐步应用[3,4]到美容和各种恶性肿瘤治疗等方面。在美国，利用液氮气化绝热膨胀产生动力的[5]新型液氮气车获得了研究和发展，浙江大学对液氮发动机也进行了理论和实验研究[6]。这些都为液氮的利用提供了广阔的前景。另一方面，液氮的流动和换热应用中往往涉及到很多的微小通道，如微型低温[7]医疗器械内，液氮的进液管直径往往小于1毫米；冷却管道型超导电缆[8,9](Cable-In-Conduit-Conductor,CICC)时使用的通道直径也为毫米级或更小。对于常规流体微小通道中流动和换热的研究

7、表明，其规律与常规尺度下明显不同，具体表现在层流湍流转变，微小通道中气泡核化、流型转变、传热主导机理和压降特性等[10,11][12,13]方面，这些课题正成为传热界新的研究热点。齐守良等对微小通道内液氮流动沸腾的流动和传热进行了系统的研究，发现微小通道中液氮的沸腾起始点不同于常规通道，出现明显的温度滞后，而且要在很高的壁面过热度下才会出现沸腾；流动过程中，压降很大，使得液体温度高于饱和温度，出现闪蒸；还观察到了低热流密度下长周期大振幅的波动，这种不稳定性明显不同于常规通道。流型及流型转变的研究是流动沸腾研究

8、最基本的课题之一，是精确研究两相流[14]中摩擦阻力系数、传热传质系数、相含率、临界热流密度和流动不稳定性的前提。随着微小通道内的相变换热成为人们研究的热点，对微小通道内两相流流型特性的研究也越来越为人们所关注。本文针对微小通道内液氮流动沸腾流动和压降过程中所观察到的不同于常规通道的现象，借助可视化手段，从更基础的流型特性层面上揭示微小通道内液氮流动沸腾的特点。因为低温流体流型研究较少，以下主要以常