纳米流体及凹穴结构对螺旋细通道传热特性的影响

发布时间：2020-04-20 18:40

【摘要】：微机电及微电子技术深度发展,热流密度骤增,要求匹配效率更高,体积更小的换热设备。螺旋细通道以其离心作用产生的二次流以及小尺寸效应备受青睐,加入扰流装置和使用纳米流体工质,可以从增强流动紊乱程度和提高传质传热效率两方面改善其传热特性。本文首先建立了普通螺旋细通道和不同凹穴结构参数螺旋细通道的夹套换热装置三维物理模型,针对模型中流体的传热和流动特性进行了数值模拟研究。对比了排布凹穴结构螺旋细通道与普通结构螺旋细通道之间的传热和流动特性,分析了研究对象的努塞尔数、流动阻力系数、热阻、场协同数以及综合性能评价因数,探究了研究范围内的最佳凹穴结构尺寸。结果表明:本文研究的尺寸中,除了 d=3.6mm,d/l=1:1的凹穴结构螺旋细通道综合性能评价因数随雷诺数的增加一直减小以外,其他几种情况均随着雷诺数的增加而先增大后减小。并且通过对比,确定了 d=3.0mm,d/l=1:2时,凹穴结构螺旋细通道的综合性能评价因数最高。随后,按照前文数值模拟所得的最佳凹穴结构参数,并结合实际加工条件,通过机加工制得两种不同结构螺旋细通道夹套装置。以纳米流体和去离子水作为换热工质,对两种螺旋细通道的传热特性进行了对比研究。结果表明:凹穴结构螺旋细通道在雷诺数大于5000时,努塞尔数大于普通螺旋细通道。水基A12O3纳米流体在质量分数为0.1%和0.2%时,对螺旋细通道的传热特性有所抑制,质量分数1.0%的水基Al2O3纳米流体对其努塞尔数有所回升。
【图文】：

Ｗａｎｇ［４５］研究了排布两排分散肋的微通道的传热和流动特性，，结果发现，传热性能提逡逑高的同时，流阻增加。逡逑如图１－１、图１－２、图１－３及图１－４所示，分别是排布了不同扰流装置的细通道模型。逡逑其中图１－１中，纵横比分别是０．０６６７和０．２５的细通道，传热性能分别提高１２．３－７３．８％逡逑及３．４＾５．４％［４６］。图１－２中齐扇形凹穴微通道换热机理，可能归因于增加换热面积的作逡逑用，并给出了最佳几何结构参数的适用范围Ｍ。图１－３中流速增加时，阻力增加，球凸逡逑和球凹的加入使得不对称流减弱，随着纳米流体体积分数的增加，平均壁温减小图逡逑１－４中Ｙ形分叉板微通道散热器的热性能明显优于相应的直通道，建议将Ｙ形分叉板放逡逑置在水冷微流道散热器中，可以合理地设计Ｙ形叉臂的夹角，提高整体换热性能［４９］。逡逑ｍ逡逑＼邋＾邋（逡逑图１－１矩形细通道【４６】逦图１－２凹穴结构细通道［４７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１

Ｗａｎｇ［４５］研究了排布两排分散肋的微通道的传热和流动特性，结果发现，传热性能提逡逑高的同时，流阻增加。逡逑如图１－１、图１－２、图１－３及图１－４所示，分别是排布了不同扰流装置的细通道模型。逡逑其中图１－１中，纵横比分别是０．０６６７和０．２５的细通道，传热性能分别提高１２．３－７３．８％逡逑及３．４＾５．４％［４６］。图１－２中齐扇形凹穴微通道换热机理，可能归因于增加换热面积的作逡逑用，并给出了最佳几何结构参数的适用范围Ｍ。图１－３中流速增加时，阻力增加，球凸逡逑和球凹的加入使得不对称流减弱，随着纳米流体体积分数的增加，平均壁温减小图逡逑１－４中Ｙ形分叉板微通道散热器的热性能明显优于相应的直通道，建议将Ｙ形分叉板放逡逑置在水冷微流道散热器中，可以合理地设计Ｙ形叉臂的夹角，提高整体换热性能［４９］。逡逑ｍ逡逑＼邋＾邋（逡逑图１－１矩形细通道【４６】逦图１－２凹穴结构细通道［４７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TK124

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本文编号：2634840