典型非牛顿流体微通道强化传热特性及机理研究

发布时间：2025-03-15 04:49

　　小型化、集成化和便携化成为当代工业的主导方向,高度微型化和集成化的电子设备往往会在其微尺度内部元件区域内释放大量的热量,可能导致设备的功能失效,因此亟需发展有效手段来提高设备的换热能力。本文的核心思想是引入非牛顿流体在微通道内所表现出的独特流动特性以增强微尺度换热能力,通过选取适合于微尺度流动的典型非牛顿流体作为工作介质,并耦合其它方法例如复杂通道结构、脉动流和声表面波等励起非牛顿流体独特的流动性质,基于此研究了非牛顿流体和其他方法耦合时对微尺度换热效果的影响及其机理。基于主被动相结合的强化换热思想,本文研究了四种不同类型的强化传热方式,具体如下:首先,基于被动强化换热思想,本文实验研究了蛇形微通道内两种典型非牛顿流体的流动传热特性及其机理。实验中牛顿流体为蔗糖溶液,两种典型非牛顿流体为粘弹性流体(聚氧化乙烯PEO溶液)和假塑性流体(羧甲基纤维素纳CMC溶液)。实验结果表明:在维森贝格数Wi=2.4～53.69范围内,粘弹性流体PEO溶液的摩擦阻力系数较CMC溶液和蔗糖溶液显著增加;在相同的格雷兹数(Gz)下,Nusselt数(Nu)较牛顿流体具有显著的增加,表现出了明显的强化传热效果。...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1微通道中强化传热技术分类示意图[12]

第1章绪论-3-图1-1微通道中强化传热技术分类示意图[12]Fig.1-1Schematicofclassificationofenhancementtechnologiesonmicrochannels[12]如前所述，微通道中Reynoldsnumber（Re）通常较小，由....

图1-2非牛顿流体的分类Fig.1-2classificationofnon-Newtonian

α?土鞫?Ρ渲?涞鸟詈献饔媒?辗⒉晃榷?鞫?５钡?孕вΤ??晃?定阈值后，流动将进入混沌流态，即发生“弹性湍流”[39-41]，这有助于传热传质的强化。因此，跟牛顿流体和纳米流体相比，使用典型的非牛顿流体，如假塑性流体或粘弹性流体，引入额外的非线性的方式来强化热质传递，具有简单易....

图1-3(a)自相似微通道热沉（SSHS）和优化的SSHS（单位:mm）的几何形状[101]；(b)SSHS和(c)优化的SSHS外表面温度的比较（Qinlet=5.76kg/h）

哈尔滨工业大学工学博士学位论文-10-个进出口来分配流量，由于通道内的流动长度较短，大大降低了压力降，同时通过破坏热边界层来强化换热。Sarangi[86]等研究表明：当歧管进出口的长度比为3:1时，MMC热沉可以获得最佳的传热性能。Tang等[101]在优化自相似热沉（self....

图1-4纵向涡发生器（LVG）在矩形微通道中引入非牛顿流体作为工作介质来强化微尺度传热[121]

第1章绪论-13-图1-4纵向涡发生器（LVG）在矩形微通道中引入非牛顿流体作为工作介质来强化微尺度传热[121]。(a)温度和向量的云图(云图显示在主流出口的截面上)。(b)假塑性流体流动的应变速率云图（云图在y/H=0.5的平面上）Fig.1-4Heattransferenh....

本文编号：4035186