随着生活水平的提高,人类的环保意识逐渐增强,温室气体制冷剂面临着被淘汰的危险,而二氧化碳以其高效及安全这两大特点被公认为是最有前景的替代制冷剂之一。微通道以其高效、节能等优势被广泛关注,具有广阔的应用前景。本文将二氧化碳与微通道技术相结合,展开对二氧化碳在微通道蒸发器内沸腾换热与流动特性的研究,为二氧化碳微通道蒸发器设计提供理论基础,对提高二氧化碳微通道蒸发器换热特性具有重要的学术意义和实用价值。本文首先分析已有的二氧化碳在微通道中沸腾换热与流动特性的关联式,全面考虑各关联式的使用范围及特点,结合本实验台实际情况,对比分析得出适用于本实验台的二氧化碳微通道蒸发器沸腾及流动关联式。当二氧化碳处于沸腾两相区,应采用Cheng所开发的基于流态的二氧化碳沸腾换热关联式;而在过热段,当Re≥2300时,对流换热系数应采用Gnielinski关联式,当Re<2300时,对流换热系数应采用Sieder-Tate关联式。分析几种不同形式的摩擦压降模型,得出当G≥43 kg·m-2·s-1时,应采用Jassim和Mewell概率型压降模型,当G<43 kg·m-2·s-1,采用Friedel分相压降模型更为合理。在此基础上,基于有限元分析法,采用MATLAB与REFPROP相结合技术,综合考虑空气侧干湿工况以及二氧化碳侧两相段及过热段,建立二氧化碳微通道蒸发器二维分布参数模型。研究各参数对二氧化碳在微通道中沸腾换热及流动特性的影响,根据模拟结果可知二氧化碳在沸腾两相区干涸点附近,其对流换热系数达到最大值,干涸现象发生后,对流换热系数迅速降低,且二氧化碳在过热段压降非常小,远小于两相段压降。搭建二氧化碳微通道蒸发器沸腾换热特性研究实验台,得出各微元段壁面及空气出口温度分布情况,并计算出各微元段二氧化碳对流换热系数。对比分析模拟与实验结果,各参数误差在可接受范围之内,验证所建立数学模型的合理性。采用热红外成像技术,发现二氧化碳两相流在微通道蒸发器入口处存在较为严重的分液不均现象,导致其在微通道中出现部分换热恶化的状况,为此提出相应的改进措施。最后以熵产数这一无量纲来表征二氧化碳在微通道沸腾换热过程中的不可逆损失,充分考虑微通道蒸发器空气侧干湿工况,对二氧化碳沸腾两相区与过热段分别建立熵产模型,计算各微元段熵产数,得出各微元段不可逆损失分布情况。结果表明,二氧化碳在微通道蒸发器中不可逆损失主要由温差传热引起的;过热段不可逆损失远小于两相段;在干涸点附近微元段其不可逆损失达到最大值。