振动条件下矩形毛细微槽中液膜变形规律的实验研究.doc

中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123601
振动条件下矩形毛细微槽中液膜
变形规律的实验研究
郭朝红1,胡学功1,曹薇1,2,唐大伟1
中国科学院工程热物理研究所, 北京 100190; ⒉中国科学院研究生院, 北京 100039 )
(Tel: 010-82543022, Email: xuegonghu@)
摘要本文对竖直振动条件下矩形毛细微槽中三相接触线的变形情况进行了研究。-,。振动频率为6Hz、10Hz、30Hz,-。微槽群热沉竖直固定在振动平台上,利用高速摄像仪对不同振动条件下微槽内液膜的振荡现象进行观测。研究结果表明,当微槽竖直向上运动时,槽内渐缩接触线被明显拉长且蒸发薄液膜区域扩大;当微槽竖直向下运动时,渐缩接触线缩短,蒸发薄液膜区域缩小;振幅或振动频率增大时,渐缩接触线的变形更明显。
关键词微槽群热沉;三相接触线;液膜;振动
0 前言
矩形毛细微槽群热沉内,液体工质可以在固液汽三相接触线附近扩展弯月面的薄液膜区域产生高强度的蒸发,能够被用来实现极高传热系数和热通量的换热过程,在航天器、激光器和电子设备等方面具有很广泛的应用前景。到目前为止,很多研究成果表明,微结构热沉的热负荷会使液膜产生周期性的振荡。例如: Presis 等[1]发现蒸发薄液膜区域的热负荷的变化将引起液膜区域的不稳定,进而导致拥有该结构的换热设备的换热性能受到影响。Pratt 等[2] 对热管内蒸发薄液膜的稳定性进行了基础研究,发现在较低的热负荷条件下,蒸发薄液膜的振荡能够使热交换器的换热性能提高18%;但当热负荷提高到一定程度后,换热器的换热性能下降。C. Buffone 等[3] 对热管内弯月面的润湿性能进行了研究,认为温度梯度造成的热毛细力会导致弯月面失稳振荡。G. Hetsroni 等[4] 发现毛细管外壁面的加热热流密度对具有弯月面的管内流动的稳定性有很大影响:热流密度较小时,管内流动稳定,弯月面位置保持不变;热流密度增大,形成弯月面振荡的不稳定流动。Zheng[5]和Panchamgam[6] 等对戊烷在石英玻璃回路内所形成的蒸发薄液膜的稳定性和不稳定性进行了实验研究,他们发现当热负荷达到一定值之后,液膜开始振动。
到目前为止,对薄液膜蒸发特性的研究内容已经十分丰富,但大多研究是在静止或者半静止的条件下进行的,尚无对在外力振动以及加载高负荷条件下,开放式矩形毛细微槽群的液膜振动规律进行研究。在实际情况中, 由于颠振等机械力的存在,微槽内液膜发生振荡,会影响微冷系统换热特性,进而导致电子设备故障。为了使毛细驱动力的微细结构能够安全可靠的应用于有振动的恶劣环境条件下,很有必要对液膜振荡现象进行研究。本文对矩形毛细微槽群热沉结构,在外力振动条件下,矩形毛细微槽内三相接触线的变形规律进行了实验研究。
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目资助(No. 50806075)
1 实验系统与实验方法
实验系统如图1所示,矩形毛细微槽平板热沉竖直放置在透明性良好的玻璃加工密闭实验容器内,并固定于振动台上。振动台用来模拟外力扰动产生的振动,高度为140mm,横截面为240×80mm,振动频率分别设定为6Hz、10 Hz、30 Hz,~