[发明专利]基于汽液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统及方法

权利要求书

1.一种基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，该微通道沸腾传热系统由上层盖板(1)、底层微通道阵列板(2)以及模拟热源(3)组成；所述上层盖板(1)上有进液口(11)和出液口(12)；所述底层微通道阵列板(2)正面有周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)，进口储液槽(25)及出口储液槽(26)；所述模拟热源(3)位于底层微通道阵列板(2)背面并正对周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)区域并向该区域提供加热热流。

2.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)在沿程方向上彼此交错排列，排列方式为下游通道肋壁的中心线正对上游通道的中心线。

3.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24的肋壁两端均为形状相同且长度等于L的尖锐三角形，且两个相互交错的平型微通道阵列的交错区域长度等于尖锐三角形部分的长度L。

4.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)的每个通道上游的来流在上游肋壁的尖锐尾端发生边界层脱离；在下游肋壁前端尖锐刀锋处发生气相的分割以及液相边界层的再发展。

5.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)的通道水力直径应小于临界毛细尺度，所述微通道水力直径D_i应不大于：

其中D_i为微通道的水力直径，g为重力加速度，ρ_L、ρ_G分别为所述传热工质的液相、汽相密度，σ为工质的液相和汽相之间界面张力。

6.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述周期性交错分割排列的平行微通道阵列(21、22、23、24)交错区域的水力直径d_i应满足压降不变原则，即：

其中D_i为平行微通道的水力直径，θ为肋壁前端的尖锐角度，d_i为交错区域的水力直径。

7.根据权利要求1所述基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热系统，其特征在于，所述上层盖板(1)的材质为耐热玻璃、硅、陶瓷或常用金属不锈钢、铜或铝；底层微通道阵列板(2)的材质为硅、陶瓷或换热器常用金属不锈钢、铜或铝等；所述模拟热源(3)为利用电阻发热的电加热元件。

8.一种基于气液多相流体交错分割的微通道沸腾传热方法，其特征在于，所述微通道沸腾传热方法是单相液态工质由进液口(11)经进口储液槽(25)进入周期性交错分割排列的第一平行微通道阵列(21)、第二平行微通道阵列(22)、第三平行微通道阵列(23)、第四平行微通道阵列(24)，在模拟热源(3的加热热流下，工质在周期性交错分割排列的第一平行微通道阵列(21)、第二平行微通道阵列(22)、第三平行微通道阵列(23)、第四平行微通道阵列(24)内发生气液相变而形成多相流，在第一平行微通道阵列(21)、第二平行微通道阵列(22)、第三平行微通道阵列(23)、第四平行微通道阵列(24)彼此交错区域分别产生流体分割以及边界层脱离和再发展，以及大气泡周期性分割为小气泡，同时实现显热和潜热换热的强化，达到同时实现五类强化传热模式：(1)通过气相分割使得气液接触面的增加从而增加潜热换热量；(2)气相分割使得气液界面增加，气泡周围过热液体内储存的能量能够从更多气液交换面积进行释放，减小了气液界面的膨胀速率，从根本上抑制由于气液界面快速膨胀导致的倒流以及流量、压降、温度的不稳定性；(3)大气泡分割成小气泡，延缓了大气泡易于聚合形成蒸汽膜覆盖加热壁面而产生传热的恶化，增大了临界热流密度；(4)气泡尾涡处由于流体的高度交混具有较高的传热系数，气泡分割使得单个气泡尾部扰流区域变为分割后的两个尾部扰流区域，将显著增强对流显热交换；(5)对于液相的周期性分割使近壁区热边界层周期性的脱离和重新再发展，由于热边界层的热阻较大，周期性破坏边界层，显著减小近壁区换热热阻，提高对流显热交换。