相变微肢囊悬浮液在微小通道内传热特性的实验研究.pdf

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1、相变微胶囊悬浮液在微小通道内传热特性的实验研究钟小龙土木工程与建筑学院建筑与土木工程胥海伦刘东副教授王红高级工程师2016418ClassifiedIndex:U.D.C:SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisAnExperimentalStudyontheHeatTransferCharacteristicsofMicro-encapsulatedPhaseChangeMaterialSuspensioninMini-channels

2、Grade:2013Candidate:ZhongXiaolongAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpecialty:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:AssociateProfessorXuHailunAssociateProfessorLiuDongApril.18.2016独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，。尽我所知论文中不包含其他人已

3、经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。．、：＆缴签名钟水若．ｄ＇关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留，：学、使用学位论文的规定即校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可Ｗ公布该论文的全部或部分内容，可采用影巧、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名导师日缴、Ｗ、Ｈ西南

4、科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着微电子机械系统的发展，电子设备大功率、微型化速度不断加快，按照“摩尔定律”推算：计算机芯片上的晶体管数量每18个月翻一番，晶体管数量越多，运算速度越快，芯片上电路也会越复杂，消耗能量增多，运行时产生的热量也越大，散热需求增大。在现有的新型冷却技术中，微小结构冷却具有流体掺混速度快、换热系数大、换热量高、易封装等特点被研究者所广泛认同，而在微小结构冷却液体中加入相变微胶囊颗粒，构成相变微胶囊悬浮液，利用相变微胶囊的潜热增大传热温差从而实现强化换热，预计可达到更好的冷却效果。为此

5、，本文尝试将相变微胶囊加入到微小结构中，并搭建实验台，对相变微胶囊在微小结构中的换热特性进行实验研究。本文主要工作如下：（1）对相变微胶囊悬浮液内径为1mm微圆管内的换热性能进行了实验研究。研究结果表明，定热流壁面条件下，1mm微圆管内相变微胶囊悬浮液对壁面的温度的贡献随悬浮液浓度的增加而增大，最大壁面温度降低率最大可达27.1%。相变微胶囊悬浮液局部换热强化比ηx随流动长度变化越来越小，并且出现负值，因此存在最佳的换热长度。基于实验结果，总结了平均努谢尔数Num随着流体雷诺数Re、圆管长径比、普朗特数、悬浮液质量

6、浓度变化的经验关系式，同时考虑热入口段的影响，总结了局部努谢尔数Nux变化的经验公式。（2）对相变微胶囊悬浮液在当量直径Dh=1.6mm的矩形小槽道内的换热特性进行了实验研究。研究表明，定热流壁面条件下，当量直径Dh=1.6mm矩形小槽道内壁面温度降低率最大可达35.6%。相变微胶囊悬浮液局部换热强化比ηx随流动长度降低。相变微胶囊悬浮液平均努谢尔数Num随雷诺数Re及悬浮液浓度的增加而增大，其对应换热强化比ηm随雷诺数Re增加而减小，随悬浮液浓度的增加而增大，实验条件下平均换热强化比ηm最大可达33.9%。总结了

7、局部努谢尔数Nux随着流体雷诺数Re、槽道长径比、普朗特数、悬浮液质量浓度和进出口热损失的经验公式，拟合公式可以很西南科技大学硕士研究生学位论文第II页好表述相变微胶囊悬浮液在矩形小槽道内随流动长度的局部换热特性。（3）对相变微胶囊悬浮液在上述两种微小通道内换热特性的实验数据进行对比，发现两种微小通道内壁面温度降低率随悬浮液质量浓度的增加而增大，但是微圆管内温度降低率受雷诺数Re的影响不大，而矩形小槽道内壁面温度降低率随着雷诺数Re的增加而减小。微圆管局部换热强化比ηx随流动长度出现了换热特性相反的两个区域，但是矩

8、形小槽道内局部换热强化比ηx随流动长度并未出现换热特性相反的区域的转捩点。圆管内平均换热强化比ηm由于导热热阻的影响在低雷诺数Re下小于零，而由于相变潜热的影响在高雷诺数Re下大于零，但是矩形槽道内相变微胶囊悬浮液平均换热强化比ηm在整个雷诺数Re范围内均大于零。关键词：相变材料微胶囊悬浮液圆管矩形槽道传热西南科技大学硕士研究生学位论文第III页Abstra