1.背景介紹

微通道，也稱為微通道換熱器，就是通道當量直徑在10-1000μm的換熱器。這種換熱器的扁平管內有數十條細微流道,在扁平管的兩端與圓形集管相連。集管內設置隔板,將換熱器流道分隔成數個流程。微通道換熱器按外形尺寸可分為微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。

蒸汽直接接觸凝結（DCC）即蒸汽與過冷水直接混合時發生的瞬時動量和熱質傳遞現象，具有無中間熱阻、熱質傳遞效率極高的顯著特點，在可再生能源工程、核電及化工等領域均具有廣泛應用。

2.研究內容

從尺度上來說，DCC的應用領域主要集中在宏觀尺度范疇，而DCC的應用已 拓展至微細尺度，尺度效應會顯著影響汽液多相流的流型和演化特性，常規尺度DCC流動傳熱機制很可能不能解釋微細尺度條件下的相關行為。因此，有必要對微細尺度條件下DCC汽液兩相流動現象開展研究，以揭示其瞬時界面特征和演變行為。

圖2 T型微細通道實驗段示意圖

圖3 實驗系統示意圖

本實驗系統主要由蒸汽發生系統、過冷水雙循環系統、圖像采集系統、溫度采集系統和可視化實驗段等五部分組成。本實驗的主要目的是探索特定汽水熱工參數下的典型汽液界面瞬時特征及演變行為。實驗涉及的蒸汽體積流量、過冷水體積流量、蒸汽溫度、過冷水溫度等參數的數值可從集成控制系統的控制面板中觀察到。待實驗系統運行穩定，采用高速攝像機及圖像采集軟件，以5000fps的速度進行采集。

3.研究結論

圖4. 高速攝像觀察到的實驗現象

本研究基于T型微細通道內蒸汽直接接觸凝結可視化實驗臺，利用高速攝像機獲取了飽和蒸汽及過冷水工況下直接接觸凝結過程的瞬時圖像信息，通過對汽水界面瞬時演變行為的分析，得到結論： （1）從汽液界面隨時間變化特征來看，該工況下的汽液界面所呈現的流型特征為復合流型。 （2）發現了與常規尺度管內 DCC不同的汽液界面波動新現象。 （3）發現了支管正下方附近的蒸汽泡瞬間潰滅過程中由于汽泡內爆導致的顏色加深現象。 （4）蒸汽自支管入射至主管后其長度經歷了相對較長時間的振蕩增長和極短時間的線性縮短過程。

4.行業應用總結

微通道、微流控領域研究一直是行業熱門，涉及到芯片、生物醫學、能源化工等等諸多領域，其特點是微尺寸、高流速、涉及到氣液多相，一般微尺度下的觀測采用高速攝像機搭配顯微鏡或放大鏡頭以及特殊光源組成的觀測系統進行圖像捕捉，千眼狼在該行業有大量成熟案例，可以為廣大研究者提供案例經驗和成套的解決方案。

作者：張強武，馬坤茹，李樹謙，盧濤