微通道结构对流动均匀性和换热的影响研究

发布时间：2020-05-09 00:56

【摘要】：由于微通道换热器具有重量轻、尺寸小和换热效率高等特点,能够把集成元件内高热流密度的热量及时的传递到周围介质中,所以受到了国内外专家学者的广泛关注。但是微通道内的流动换热和常规通道的流动换热原理差别很大,因此微通道内部流体的流动分配均匀性以及微通道壁面粗糙度对于微通道内部流体的流动换热的影响问题依然是研究热点。所以本文从微通道内流体流量分配以及壁面粗糙度对微通道内的压降、换热特性进行研究,研究内容和结论如下:(1)设计两种不同进出的方式的微通道换热器—U型(流体上进上出)和Z型(流体上进上出)。通过搭建微通道可视化试验台,利用高速摄像机观察并记录了不同流量时,微通道换热器内部流体流量的分布情况,计算两种结构微通道换热器内总流体分配不均匀度S值,通过对比进行分析。结果表明:流体在微通道每个分通道内的流量不相同,不同管道的流量分布差异很大,而且随着入口Re数的增加,各个通道内的流量分配差异性越大。在试验所研究的雷诺数Re范围下,Z型结构的不均匀度增大了约70.1%,U型结构不均匀度增大了约67.3%,但是Z型结构整体均匀性比U型结构要高约8.7%~22.4%,所以在相同雷诺数情况下,Z型进出口方式的微通道的流量分配均匀性要高于U型。(2)针对微通道内表面粗糙度对流动换热具有重要影响这一问题,采用三维数值模拟的方法,设计具有半圆形粗糙元的矩形截面微通道,研究了粗糙元的几何尺寸、雷诺数对摩擦系数和努塞尔数的影响,并对其内部流体流动特性和传热规律进行总结。结果表明:在粗糙元节距在0.3 mm-0.5 mm范围内,微通道进出口压降值随着半圆形粗糙元节距的增大而减小,减小了大约6.85%;此外努赛尔数也逐渐降低,降低了大约7.02%。在粗糙元半径在0.025 mm-0.075 mm范围内,随着半圆形粗糙元半径的逐渐增大,其中矩形截面微通道的进出口压降逐渐增大,增大了大约10.13%;此外努赛尔数也逐渐增大,降低了大约8.17%因此,粗糙度节距和半径是微通道的重要设计参数。(3)采用数值模拟的方法,以三种复杂结构的微通道和光滑微通道为研究对象,通过对比分析,总结其流动特性和传热规律。结果表明:在所研究的Re数范围内,流体的Po数和Nu数均随Re的增大而增大,但微通道Ⅳ的Po数最大,而微通道Ⅲ的Nu最大,通过分析可以得出,与其他几个微通道相比,微通道的Ⅲ的性能最优。
【图文】：

蛇形微通道热沉模型

流形示意图：（a）分叉和（b）连续Fig1-2Schematicdiagramofmanifold:(a)bifurcationand(b)consecutive
【学位授予单位】：郑州轻工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘冰;杨林涛;刘东;闫士杰;马骏驰;鄢冬茂;;微通道技术在精细化学品合成中的应用[J];染料与染色;2018年06期

2 马骏驰;杨林涛;刘冰;刘东;闫士杰;鄢冬茂;;静态微通道反应器结构与应用研究进展[J];染料与染色;2019年01期

3 邓大祥;陈小龙;谢炎林;黄青松;;航空航天冷却微通道制造技术及应用[J];航空制造技术;2017年Z2期

4 李寒羿;韩梅;;微通道反应器浅析[J];宁波化工;2018年02期

5 周云龙;杨美;孙振国;;90°Y型汇流下小曲率矩形截面蛇形微通道气液两相流动特性[J];高校化学工程学报;2017年01期

6 许旭东;赵丹;丁国良;胡海涛;;冰箱用微通道冷凝器分相集总参数模型[J];化工学报;2016年S2期

7 凌芳;顾小焱;柯德宏;王涛;;微通道反应器的发展研究进展[J];上海化工;2017年04期

8 赵秀国;徐新喜;苏琛;任旭东;孟令帅;;化生颗粒在人体微通道内悬浮运动的数值模拟研究[J];军事医学;2017年06期

9 马晓燕;刘斌;李晓宇;殷辉;;微通道冷凝器与传统冷凝器运行特性比较[J];制冷与空调(四川);2015年06期

10 郜帮佶;刘代俊;陈建钧;;板式微通道的液-液两相分离作用研究[J];现代化工;2015年11期

相关会议论文 前10条

1 刘冰;杨林涛;刘东;闫士杰;马骏驰;鄢冬茂;;微通道技术在精细化学品合成中的应用[A];第十五届全国染料与染色学术研讨会暨信息发布会论文集[C];2018年

2 徐元迪;刘赵淼;;Y型微通道内微液滴分裂过程的数值模拟[A];北京力学会第二十三届学术年会会议论文集[C];2017年

3 张成全;施骏业;陈江平;聂圣源;张奎;;微通道冷凝器在家用冰箱中的应用研究[A];2015年中国家用电器技术大会论文集[C];2015年

4 胡国庆;;微通道内颗粒汇聚与分离的机理研究及应用[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

5 谢翠丽;;载流弹性微通道流固耦合的数值模拟研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

6 崔丹丹;端木庆铎;王国政;杨继凯;李海斌;;基于湿法腐蚀的硅微通道结构释放技术研究[A];国防光电子论坛第二届新型探测技术及其应用研讨会论文集[C];2015年

7 王清伟;刘斌;邸倩倩;殷辉;;不同热负荷下微通道冷凝器的运行特性[A];2013中国制冷学会学术年会论文集[C];2013年

8 陈灿;陈杰凌;林浪;张仕伟;汤勇;;多孔交错互通微通道的制造与强化传热[A];2015年第五届全国地方机械工程学会学术年会暨中国制造2025发展论坛论文集[C];2015年

9 肖瑶;王晓娜;徐丹;邹玉红;陈卓;;“Y”型微通道分子扩散特性的数值仿真研究[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年

10 王宝阳;刘翔宇;周永;李平;;微通道冷凝器在家用冰箱上的性能影响因子研究[A];2018年中国家用电器技术大会论文集[C];2018年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 陈杰;空调将进入微通道时代[N];科技日报;2008年

2 记者 程亮;微通道,有木有？[N];人才市场报;2011年

3 唐鼎 刘龚献 李金堂;空调行业将掀起一场产业大升级[N];常州日报;2015年

4 记者 何超群 曹连荣;并购国外企业 驱动主业升级[N];绍兴日报;2015年

5 本报记者 郭力方;三花股份获大股东12.8亿元资产注入[N];中国证券报;2015年

6 本报记者 董世梅 张岚;40个大奖量度“创新四川”[N];四川日报;2015年

7 记者 颜伟杰 刘刚 通讯员 孙艺秋;一个新产品打开一个新市场[N];浙江日报;2013年

8 李晖 本报记者 万润龙;新兴产业早布局 “盾安”斩获多矣哉[N];中华工商时报;2016年

9 顾华宁 张岚 董世梅;40个大奖量度“创新四川”[N];四川科技报;2015年

10 本报记者 刘云涛;绿色制药迫在眉睫[N];中国医药报;2016年

相关博士学位论文 前10条

1 李东阳;弯曲微通道内弹性湍流特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 Mawufemo Modjinou;微通道热管太阳能光伏热系统的数值模拟与实验验证[D];中国科学技术大学;2018年

3 姜睿;微通道内乙醇水混合蒸气冷凝的两相流动与传热[D];大连理工大学;2018年

4 高晓博;基于交流动电效应的微流体和微粒子输运数值模拟研究[D];郑州大学;2018年

5 何雪丰;微通道内光热效应致相变两相流动特性[D];重庆大学;2018年

6 张龙祥;双支路捕获微通道网络中两相流动特性研究[D];北京工业大学;2018年

7 黄光汉;微通道强化传热传质结构制造及性能研究[D];华南理工大学;2018年

8 刘欣;超短脉冲激光直写玻璃扩展芯波导和表面微通道研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2018年

9 殷秀娓;微通道换热器管内含油制冷剂两相换热和流动特性实验研究及仿真分析[D];上海交通大学;2017年

10 匡以武;微通道两相流体冷却回路内的压力波动特性研究[D];上海交通大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 王学娇;用于新型被动式3D芯片冷却的微尺寸热管结构换热特性研究[D];上海交通大学;2017年

2 史慧欣;细胞在变窄微通道中的运动、变形和聚集的数值研究[D];吉林大学;2019年

3 罗圆;HFO1234yf在大尺度微通道中流动沸腾分析研究[D];吉林大学;2019年

4 苏彤;负压组合式输尿管镜和微通道经皮肾镜治疗输尿管上段结石的对比性研究[D];吉林大学;2019年

5 刘玉梅;离子液体强化吸收一氧化碳和醇解反应过程研究[D];江西师范大学;2019年

6 刘思蔚;微通道内油-水两相流液滴生成研究[D];郑州轻工业大学;2019年

7 薛浩;微尺度液体流动传质与涡系混合技术研究[D];浙江工业大学;2018年

8 马云丽;微通道内液滴生成及分断行为的研究[D];天津大学;2018年

9 张，

本文编号：2655319