[发明专利]一种用于电场干扰下并联小通道临界热流密度的预测方法

说明书

本发明是一种用于电场干扰下并联小通道临界热流密度预测方法，其特点是，包括：实验数据的采集与预处理、无量纲电场力的定义和临界热流密度预测公式的提出等步骤，通过判定干涸点出现后对应温度下的热流密度为临界热流密度，对采集到的温度进行计算分析，得出实验临界热流密度；通过无量纲电场力的定义，即无量纲数来提高预测方法的适用性和精确度；通过临界热流密度预测公式的提出验证了预测模型的精确度在±15％，能够为电场干扰下的并联小通道临界热流密度的预测提供一个合适的理论预测模型。具有科学合理，适用性强，能够满足预测精度要求等优点。

技术领域

本发明涉及电场预测领域，是一种用于电场干扰下并联小通道临界热流密度的预测方法，应用于预测电子制冷设备中换热器或电场干扰下换热设备的临界热流密度。

背景技术

小通道的结构紧凑，单位面积传热效率高。具有体积小、质量轻、密封性好的优点。因此小通道沸腾传热特性被越来越多不同领域的技术人员所关注。在航空航天，核反应堆，燃料电池等散热量大的设备中都有涉及。其中小通道在解决电子设备散热冷却问题上展现出极大的优势。但是小通道沸腾传热过程中达到临界热流密度后会出现传热恶化现象(即通道内制冷剂干涸)，该现象极大的影响传热效率，因此准确预测工作在电场干扰下的并联小通道的临界热流密度尤为重要。

现有关于并联小通道临界热流密度的预测方法都是基于大气环境中，而用于电子设备的小通道换热器不可避免的会受到电场的干扰，而电场的作用会使通道内工质的受力发生改变，进而使得小通道的换热性能发生改变，导致通道的临界热流密度发生变化。现有的临界热流密度方法用于电场干扰下小通道换热器的临界热流密度的预测并不合适。迄今为止，未见有关本发明的一种用于电场干扰下并联小通道换热器临界热流密度的预测方法的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明的目的是，提供一个科学合理，适用性强，能够满足预测精度要求的于电场干扰下并联小通道换热器临界热流密度的预测方法。

本发明的目的由以下技术方案来实现的：一种用于电场干扰下并联小通道临界热流密度预测方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)实验数据的采集与预处理

在通道底部安装八个PT100热电偶，监测通道在加热过程中底部温度的变化，在通道进出口安装两个进出工质测温设备，设置采样时间为420s，采样频率为1秒采集3个温度值，当通道内出现干涸点后且温度在3min内的波动不超过±0.3℃时，判定干涸点出现后对应温度下的热流密度为临界热流密度，对采集到的温度进行计算分析，得出实验临界热流密度，计算为公式为：

λ为通道的导热系数，W/m·K；T_dn为通道底座下部温度，℃；T_up为通道底座上部温度，℃；δ为通道底座上部温度测量位置与下部温度测量位置的间距，m；

2)无量纲电场力的定义

由于电场力的作用需要引入无量纲电场力，即无量纲数来提高预测方法的适用性和精确度，定义无量纲电场力，即无量纲数；

在考虑到电场大小对临界热流密度变化有较大影响的情况下，用一个无量纲数来表征电场力E的大小，为(2)式：

式中：ε是介电常数，C²/N·m²；U是电压值，V；σ是工质表面张力，N/m²；L是通道长度，m；

3)临界热流密度预测公式的提出

除了需要考虑电场力的影响，流量的大小和通道换热系数的变化也影响着通道临界热流密度的变化，因此在临界热流密度表达式中还需要有雷诺数Re和努赛尔数Nu，定义式为：