微通道换热器内相变微胶囊悬浮液对流传热特性

发布时间：2020-10-28 04:25

　　 随着电子芯片工作热流密度的提升,传统风冷散热方式已不能满足其发展的需要,迫切需要一种新型的高效散热装置。微通道换热器具有体积小,换热效率高等优点,相变微胶囊悬浮液则具有表观比热容大,储能密度高等优势。基于此,论文就相变微胶囊悬浮液在微通道换热器内流动与传热特性展开研究,为微通道换热器及相变微胶囊悬浮液的实际应用提供数据支撑,具有一定的工程价值。论文首先基于文献调研的基础上,建立了三种换热器模型,分析了流体进出口位置和微通道排列方式对流量分配的影响,获得一种较理想的换热器结构;并以此换热器为研究对象,展开深入研究,分析入口流量、热流密度和颗粒浓度的影响;设计并搭建实验测试系统,就相变微胶囊悬浮液在换热器内流动与传热特性进行实验测试,与纯水进行了对比分析。研究结果表明:(1)1#换热器中间通道流量大,两侧通道流量小,2#和3#换热器呈两侧通道流量高中间通道流量低的S型分布;3#换热器中悬浮液流量分布更均匀,不均匀度最小,S=0.066;3#换热器进出口压差最小,为1846Pa,比2#换热器低9.2%;3#换热器底面局部高温区域相对较小,最有利于电子器件的可靠运行。(2)随换热器入口流量的增大,流体的出入口温差降低,在相同入口流量下,相变微胶囊悬浮液出入口温差要比纯水的低。在入口流量为188.4mL/min时,出入口温差与去纯水相比降低了19.6%。相变微胶囊悬浮液与纯水的出入口压差随入口流量的增大而变大,在相同入口流量下,相变微胶囊悬浮液出入口压差要比纯水的高。换热器底面平均温度随入口流量增大而逐渐降低,在流量为188.4mL/min至942mL/min区间内,具有趋于稳定的趋势。悬浮液浓度越高,换热器发热面温度越低。(3)换热器表面传热系数K随入口流量的增加而增大,当流量进一步增大,传热系数趋于平缓。在相同入口流量下,相变微胶囊悬浮液浓度越高,换热器表面换热系数越大。此外,结果还表明,因换热器内流量分配不均,使得换热器内每个通道沿流动方向_x~*存在一定差异。(4)实验测试结果表明,相变微胶囊悬浮液的压差随流量变化规律与纯水基本一致,当流量增大时,压差较纯水时有所增大,当流量为800m L/min时,其进出口压差是纯水的1.5倍。当换热工质为悬浮液时,换热器的进出口压差随底面加热功率的增大而减小,加热功率为300W时,最高比120W时降低16.3%。(5)相变微胶囊悬浮液与纯水的出口温度皆随入口流量的增加而降低,相同流量下,悬浮液温度低于纯水温度,与纯水出口温度相比最高可降低6.2%。换热器发热面平均温度皆随流量的增大而减小,相变微胶囊悬浮液颗粒浓度为2.5%时,发热面的平均温度比纯水低12.9%。(6)两种运行工质下,换热器传热系数皆随流量的增加而增大,入口流量大于600mL/min时,其上升趋势渐渐变缓。在相同流量下,运行工质为悬浮液时的传热系数比纯水高。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK172
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 本课题国内外研究现状
        1.2.1 相变微胶囊及其悬浮液
        1.2.2 相变微胶囊悬浮液在单通道内流动与传热
        1.2.3 相变微胶囊悬浮液在换热器内流动与传热
    1.3 本课题研究目的、内容及技术路线
        1.3.1 研究内容及目的
        1.3.2 技术路线
    1.4 创新点及特色
第二章 相变微胶囊及其悬浮液的热物理性质
    2.1 相变微胶囊颗粒
        2.1.1 相变微胶囊颗粒的外观图像
        2.1.2 相变微胶囊颗粒的粒径
        2.1.3 相变微胶囊颗粒的DSC热分析
        2.1.4 相变微胶囊颗粒的TG测试
    2.2 相变微胶囊悬浮液的制备
    2.3 相变微胶囊及其悬浮液的热物理参数
        2.3.1 相变微胶囊及其悬浮液的密度
        2.3.2 相变微胶囊及其悬浮液的比热
        2.3.3 相变微胶囊悬浮液的黏度
        2.3.4 相变微胶囊及其悬浮液的导热系数
    2.4 本章小结
第三章 悬浮液在微通道换热器中对流传热特性数值模拟
    3.1 物理模型
    3.2 数学模型
        3.2.1 流体相控制方程
        3.2.2 颗粒相控制方程
        3.2.3 流体与颗粒间作用
        3.2.4 双向耦合
    3.3 数值求解
        3.3.1 网格划分
        3.3.2 模型有效性检验
    3.4 数值模拟结果与讨论
        3.4.1 不同结构换热器性能
        3.4.2 悬浮液在换热器中对流传热特性
    3.5 本章小结
第四章 实验系统的设计
    4.1 实验系统的设计
        4.1.1 实验装置
        4.1.2 实验段
    4.2 实验系统其他装置的设计
        4.2.1 蠕动泵
        4.2.2 脉动抑制器
        4.2.3 储液罐的设计
        4.2.4 测试段设计
    4.3 实验方法
        4.3.1 控制测量系统
        4.3.2 压力测量
        4.3.3 流量测量
        4.3.4 温度测量
        4.3.5 数据采集与记录
    4.4 误差分析
        4.4.1 实验系统误差分析
        4.4.2 实验段热平衡分析
    4.5 实验结果分析
        4.5.1 悬浮液与纯水阻力特性
        4.5.2 悬浮液与纯水传热特性
        4.5.3 悬浮液在不同热流密度下阻力特性
        4.5.4 悬浮液在不同热流密度下传热特性
    4.6 本章小结
第五章 结论及展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间主要成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2859585