1前言
微通道流动沸腾因其高效的换热能力而受到全国研究者的高度重视，不仅可以应用于MEMS系统的热管理，同时微尺度条件下产生的汽泡还可以应用于微尺度流动控制、化工分析等领域，如微泵、微阀、微混合器、汽泡执行器等[1]。受控核聚变能是人类梦寐以求的理想能源。 托卡马克是目前最有希望成功的磁约束受控核聚变装置， 偏滤器是托卡马克装置中用于排灰和输出反应能的核心部件。偏滤器水冷W/Cu 模块单侧承受的稳态热流密度高达数十MW/、瞬态甚至可至百MW/。在此情况下， 水冷W/Cu模块会因局部温度过高、冷却水膜态沸腾传热恶化以及多材料结构热应力过大等原因被破坏[2]。故需采用仿生微通道流动沸腾传热来进行散热，以达到偏滤器水冷 W/Cu 模块所需的散热条件。本课题将先从平直矩形截面微通道中单个汽泡从核化到完全受限的整个生长过程，分析微通道尺寸和运行工况对汽泡受限行为的影响。
2研究现状
现有文献多集中在常压低热流密度条件下池沸腾过程中汽泡特性的研究，且主要是通过初始时刻补充一个很小的汽泡来实现汽泡生长、脱离、聚合等过程，而在较高压力和热流密度条件下过冷流动沸腾的研究还较少。微通道流动沸腾的传热机制仍然是无形的，部分原因是对密闭空间中气泡动力学缺乏完整的认识。但是，可以清楚的是，运行工况，通道尺寸与表面特性都会对流动沸腾微通道的汽泡产生影响。
除了改变微通道大小、表面性能与运行工况可以改善传热条件外，范毅[18]研究制备了含有纳米碳管的纳米流体冷却液，并对这种冷却液的散热性能进行了测试。测试结果表明通过使用含有纳米碳管的纳米流体冷却液可以显著提高微通道冷却器系统的散热性能。魏敬华[19]采用VOF模型，结合用户自定义函数对相变的质量及能量传递进行描述，对竖直矩形窄通道内过冷流动沸腾进行了数值模拟，并通过生成的速度矢量图观察到在垂直于主流流动方向的截面内存在二次流动现象。单相区二次流动主要是由加热壁面附近的微对流产生，而在孤立汽泡区二次流动主要是由蒸发和冷凝的交互作用产生，这种二次流动会增强扰动，强化换热。谭思超[20]在理论分析的基础上提出一种VOF模型的界面传质与体积传质转换的处理方法，采用体积份额对相间传质界面面积近似处理，即认为相间传质界面的面积约为,用于计算涉及多相相间界面传热传质问题，既解决了网格无关性问题又可以反映局部界面传质特性的转换方法以便更好的用于VOF模型相变过程的计算。
2.1 运行工况的影响
Alam[4]提出，在低质量流量时，处于流动沸腾的微通道内表面张力大于惯性力，增加质量流量会有利于受限汽泡的移除进程，延缓局部干涸和减小回流，因此传热系数也会随之提高；在高质量流量时，微通道内惯性力大于表面张力，增加质量流量会使流态由环状向核沸腾状态转变，使传热系数恶化。Liaofei Yin[5]提出，在汽泡的受限生长区和不受限生长期，其生长速度都会随着质量流量的增加而降低，从而延缓受限汽泡的出现。在不受限生长期，质量流量的增加会增大惯性力，而惯性力的增大即增大汽泡生长的阻力。并且在限制生长期，还会减小汽泡内微液层的蒸发能力，继续降低汽泡生长速度。Cheol Huh[6]通过实验和仿真对拉长汽泡在微通道内流动沸腾的行为进行对比，发现超长气泡的生长行为受薄膜蒸发的控制，并且随着热流的增加和质量流量的降低，汽泡具有更高的生长速率。
Liaofei Yin提出，受限汽泡形成前，热流越大汽泡生长速度越快，受限汽泡形成后，一开始热流越大汽泡拉伸速度越快，但当汽泡长度到达一定值后，热流的大小对汽泡拉伸速率基本没有影响[5]。并且在较高热流情况下，受限汽泡的生长将不会是线性增长，而将是于自由汽泡相同的指数增长[7]。
但是，质量流量与热流对微通道流动沸腾的传热性能的影响大小并不是一样的。Liaofei Yin[7]通过实验提出了在微通道流动沸腾中，热流对对微通道流动沸腾的传热性能的影响要比质量流量的大的多。
Liaofei Yin[5]提出，增大过冷度会增快汽泡的冷凝，延缓汽泡生长速度，从而延缓受限汽泡的形成。除此之外，银了飞[3]也发现了增加入口过冷度会强化汽泡汽液界面的凝结效应，汽泡生长速度以及汽泡顶端界面向限制壁面推进速度减小，使得整个汽泡生长过程中其顶端界面所受到的壁面限制力相对减小，因此能减弱最大局部汽泡份额的振荡程度。袁德文[8]在经典的Zuber模型的基础上考虑主流过冷度和主流速度对汽泡生长的影响，引入Ja数Re数与修正系数s，建立汽泡生长模型，发现当壁面过热度较小时，主流过冷度对汽泡的生长影响较大，修正系数 s 相对较小。当壁面过热度较大的时候，主流过冷度对汽泡生长影响较小，修正系数 s 相对较小。且通过实验进行验证，与模拟结果较为符合。过冷度对汽泡的影响不只与其自身大小有关，还与壁面过热度有关。
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