窄微多通道流動不穩定性的氣泡動力學觸發機制

《窄微多通道流動不穩定性的氣泡動力學觸發機制》是依託重慶大學，由潘良明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：窄微多通道流動不穩定性的氣泡動力學觸發機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：潘良明
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

由窄微多通道所構成的熱系統中，流動沸騰會引起溫度和壓強的波動。這種流動不穩定性會導致系統效率降低，並可能因阻液和燒乾而導致元件燒毀。該流動不穩定性的觸發機制與空泡演化和局域特性密切相關，控制流動不穩定性的發生是利用窄微流道作為元件的相關熱設備提高性能的一個重要方面，如電子冷卻、汽車空調換熱元件、MEMS器件、可移動核反應堆等套用中那樣。本項目擬結合可視化實驗、理論分析及可自動核化的氣泡動力學模擬技術，從氣泡動力學特性、流動結構及局域界面特性找到觸發流動不穩定性的動力學機制，從空泡演化及流場結構驅動角度來確定界面效應和嚴重壁面效應綜合作用下的窄微多通道系統內流動不穩定性發生的閾值和判據，並初步綜合考慮幾何形狀、壁面特性、第二能量干擾和其它基於密度波的流動不穩定抑制方法。本項目著眼於局域空泡演化及相間界面作用對流動不穩定性的影響，探討其觸發機制，以上內容在國際上還未見相應文獻發表。

結題摘要

項目採用可視化實驗、理論分析和數值模擬相結合的方法，對窄微多通道內的流動不穩定性的氣泡動力學觸發機制進行了系統深入的研究，完成了項目計畫書規定的各項研究內容，實現了預期目標。項目主要研究內容和研究成果如下： (1)搭建了窄微多通道流動沸騰綜合實驗平台。基於該平台，測量和研究了窄微多通道流動不穩定性發生的巨觀參數特性，分別觀察了窄微多通道系統內流動不穩定性的發生條件和表象，並通過高速攝像了解部分局域流場特徵。分析了不同實驗工況對流動不穩定性觸發的影響，開展了平行矩形微通道內局部和整體壓降特性的研究，總結及討論了關於窄微多流道流動不穩定性的物理機制及振動特性，並開發了可測量微液膜的微型感測器矩陣。該部分工作為理論分析和數值模擬提供了基礎。 (2)基於Kevin-Helmholtz 流動不穩定性，對小通道內環狀流汽液界面進行了理論研究，提出了液膜厚度以及剪下擾動波波動特性的相關模型。同時從理論上完成了微通道內基於汽核倒流的壓力波動模型，完成了對微通道內汽核核化、生成拉長、汽核倒流與微通道重新潤濕的整個高振幅低頻率流動不穩定性過程的預測。並從汽泡動力學特性、熱工參數、流體物性參數和流動結構等方面對流動沸騰不穩定性的影響展開了研究。 (3)基於分子動力理論，考慮界面處界面蒸發/冷凝因素以及汽泡底部微液層傳熱因素建立綜合傳熱傳質相變模型，實現了對窄通道內汽泡的演化過程的成功模擬和自動核化的汽泡動力學模擬技術的完善。 本項目目前已在國內外核心期刊等發表研究論文26篇，其中SCI收錄12篇，EI收錄7篇；國際會議收錄7篇，國內會議3篇，已培養碩士8名，博士2名，博士研究生2名。