漸擴微流道角度效應之沸騰熱傳研究

A Study of Boiling Heat Transfer and angle effect in Diverging Microchannels

林坤成(Kun-Cheng Lin)

指導教授 ： 潘欽

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2006.00272

摘要

本研究主要探討不同角度的漸擴微流道的沸騰熱傳與流譜。並分析加熱功率、體積流量跟平均水力直徑與不同角度對於熱傳遞係數、壓降、氣泡動力學和雙相流譜的影響。
研究結果顯示10漸擴微流道的氣泡成長速率與氣泡脫離頻率比20與30漸擴微流道快，而在30漸擴微流道氣泡脫離半徑則是大於20與10漸擴微流道。在流譜的觀察上發現到一個新的流譜，稱之為蛇狀流。沸騰發生之前，熱通率跟熱傳係數會隨著流量的增加而緩慢增加；沸騰發生後，熱通率跟熱傳係數會有顯著上升現象。研究結果也顯示在沸騰發生之後，流量對於熱通率跟熱傳係數沒有明顯的效應，顯示沸騰為所謂的完全發展沸騰。由於通道內主要的流譜為長泰勒氣泡流與環狀流，微液膜的蒸發可能是微通道沸騰的主要熱傳機制。微通道內的液膜非常薄，液膜內應不易發展出紊流；因此，流量對沸騰曲線沒有明顯地效應，此與大通道明顯地不同。微通道內的壓降亦是一個重要的研究課題並且在分析方面應該考慮飽和溫度與相對相應壓降的變化。研究結果顯示，在單相流動下，壓降會隨溫度的上升而下降，這是液體的黏滯係數隨溫度上升而減少的緣故。沸騰起始後，微通道壓降因為空泡分率的增加而明顯地隨溫度的增加而陡升。
本研究最後比較不同角度漸擴微流道與沸騰熱傳和壓降上有何差異。結果顯示10漸擴微流道壓降會比20與30漸擴微流道大，並且10漸擴微流道的沸騰熱傳性能會比20與30漸擴微流道好，也就是說10漸擴微流道有比較高的熱通率與熱傳遞係數。

關鍵字

微流道 ； 氣泡動力學 ； 角度效應 ； 雙相壓降

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microchannels

參考文獻

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