微细通道EHD两相流传热及其动力学分析

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微细通道两相流传热在微电机系统、电子制冷、化工过程、医学、遗传学工程和生物工程等方面有着广泛的应用,微通道内的气液两相流越来越为人们所关注。本文以去离子水为工质,对1mm×2mm槽道、2mm×2mm槽道和3mm×3mm槽道进行了EHD(Electro-hydrodynamics)两相流传热实验,并对采集到的槽道进出口压力波动信号进行非线性分析,从动力学角度研究EHD两相流传热。   通过EHD两相流传热实验,得出在外加直流电压较低时,传热系数随外加电压的增加而明显增加,随后传热系数随电压的增加变得平缓,当电场电压高过一定值后,传热系数随着电场强度的增加反而有所降低,研究表明在EHD两相流强化传热中存在最佳强化电压;对于1mm×2mm槽道,当流量为347.2kg/(m2.s)、热流密度为20.1 kw/m2时,当外加直流电压由OKV变到12KV时,传热系数显著增大,随后,增加外加直流电压,传热系数增加变得平缓,当外加直流电压为20KV时,传热系数达最大;研究还表明,相同条件下,通过槽道的热流密度越低、槽道尺寸越小,电场强化作用就越强,对于1mm×2mm槽道,当流量为347.2kg/(m2.s),热流密度为20.1 kwm2时,最大强化系数为1.83;当热流密度变为42.3 kw/m2时,最大强化系数为1.28;对于2mm×2mm槽道,当流量为231.5kg/(m2·s)、热流密度为20.1 kw/m2时,最大强化系数为1.73;当热流密度变为42.3 kw/m2时,最大强化系数为1.27。   通过对采集到的槽道进出口压力波动时间序列进行最大Lyapunov指数计算,结果表明1mm×2mm槽道、2mm×2mm槽道在有无外加高压直流电场情况下系统均进入混沌状态。进一步通过Kolmogorov熵分析得到在相同条件下有外加高压直流电场情况下系统的Kolmogorov熵比无外加高压直流电场情况下大;槽道尺寸越小,相同情况下系统对应的Kolmogorov熵越大;结果表明,在相同条件下,有外加高压直流电场系统的混沌程度比无外加高压直流电场情况下混沌程度更强烈;槽道尺寸越小,相同条件下系统的混沌程度越强烈;系统的混沌程度越强烈,其对应的传热系数越大,从而强化传热。
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