微通道换热器的数值模拟

发布时间：2017-10-20 01:14

  本文关键词：微通道换热器的数值模拟

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【摘要】：随着科学技术的发展和现代工业的实际需求,机械和电子器件逐渐转向高度集成化、微型化,导致机械和电子器件在使用过程中,热流密度急剧增大,温度过高,这极易造成器件的损坏。微通道换热器因为其尺寸微小、单位体积换热面积大和可有效强化传热过程等优势在微机电、微电子系统中得到了广泛应用。而国内外研究表明微通道换热器的结构尺寸将对换热器的换热性能具有至关重要的影响,因此微通道换热器的结构设计与优化对于提高微通道换热器的性能与流动阻力特性具有十分重要的现实意义。本文利用数值模拟的方法对平直微通道逆流换热器的换热性能及流动阻力特性进行了研究。在模型验证的基础上,考察了雷诺数(Re)和微通道的宽高比对传热特性与流动阻力特性的影响。结果表明,随着雷诺数的增加微通道换热器的努赛尔数增加、压降增加、等效热阻下降；随着宽高比的增加微通道换热器的努赛尔数增加、压降增加、等效热阻下降。当微通道宽高比为1.67时,微通道换热器的性能达到最优。采用非线性拟合的方法,拟合出了Re范围为40到830时的流动阻力特性准则方程与传热特性准则方程,为该类平直微通道换热器的设计与使用提供了依据。为进一步提高微通道换热器的换热性能,本论文提出在矩形微通道内置置阻块,并考察了阻块形状、大小、排列方式和数量对微通道换热器的换热特性与流动阻力特性的影响。研究表明,在保持单一变量的情况下,综合考虑换热性能和流动阻力特性,最佳阻块形状为菱形；最佳排列方式为对称式排列方式；最佳阻块数目为7；最优阻块边长为0.35mm。
【关键词】：微通道换热器 数值模拟 努赛尔数 流动阻力特性 阻块
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-21
• 1.1 论文的研究背景及意义10
• 1.2 微通道的尺寸效应及流动阻力特性与传热特性10-14
• 1.2.1 微通道的尺寸效应10-12
• 1.2.2 微通道流体流动阻力特性及主要影响因素12-13
• 1.2.3 微通道中流体的换热特性及主要影响因素13-14
• 1.3 微通道换热器的国内外研究现状14-18
• 1.3.1 微通道换热器的实验研究法14-16
• 1.3.2 微通道换热器的数值模拟方法16-18
• 1.4 微通道换热器的应用18-19
• 1.4.1 微通道换热器的优势18
• 1.4.2 微通道换热器的应用18-19
• 1.5 微通道换热器研究中的问题19
• 1.6 本文研究思路与主要内容19-21
• 2 微通道换热器的模拟21-37
• 2.1 数值模拟软件的选择21
• 2.2 微通道几何模型21-22
• 2.3 微通道数值模型22-23
• 2.3.1 模型假设22
• 2.3.2 控制方程22-23
• 2.3.3 边界条件23
• 2.4 模型求解23-25
• 2.4.1 网格划分23-24
• 2.4.2 求解器设置24-25
• 2.4.3 网格无关性检验25
• 2.5 模型验证25-28
• 2.5.1 实验用微通道换热器结构25-26
• 2.5.2 实验仪器26
• 2.5.3 热电偶温度校正26
• 2.5.4 实验流程26-27
• 2.5.5 实验与模拟结果比较27-28
• 2.6 数据处理过程涉及到参数28-30
• 2.7 结果与讨论30-35
• 2.7.1 雷诺数对换热特性的影响30-31
• 2.7.2 宽高比对换热特性的影响31
• 2.7.3 换热器等效热阻与雷诺数及宽高比的关系31-32
• 2.7.4 传热特性准则方程32-33
• 2.7.5 雷诺数及宽高比对流动阻力特性的影响33-35
• 2.7.6 最佳宽高比的选择35
• 2.8 本章小结35-37
• 3 内置阻块的微通道换热器的研究37-56
• 3.1 内置阻块的微通道换热器几何模型37-38
• 3.2 内置阻块的微通道换热器数学模型38-39
• 3.2.1 模型假设38
• 3.2.2 控制方程38
• 3.2.3 边界条件38-39
• 3.3 模型求解39-40
• 3.3.1 网格划分39
• 3.3.2 求解器设置39
• 3.3.3 网格无关性检验39-40
• 3.4 内置阻块微通道换热器与平直微通道换热器速度场和温度场比较40-42
• 3.5 阻块形状对传热特性和流动阻力特性的影响42-46
• 3.5.1 阻块形状对传热性能的影响42-43
• 3.5.2 阻块形状对流动性能的影响43-45
• 3.5.3 阻块形状的选择45-46
• 3.6 阻块排列方式对微通道传热特性和流动阻力特性的影响46-50
• 3.6.1 对称型和交错型排列方式对传热性能的影响47-48
• 3.6.2 对称型和交错型排列对流动性能的影响48-49
• 3.6.3 阻块排列方式的选择49-50
• 3.7 阻块数量对微通道换热器传热特性和流动特性的影响50-52
• 3.7.1 阻块数量对微通道换热器传热性能的影响50
• 3.7.2 阻块数量对流动性能的影响50-51
• 3.7.3 阻块数量的选择51-52
• 3.8 阻块大小对微通道传热特性和流动阻力特性的影响52-54
• 3.8.1 阻块大小对微通道换热器传热特性的影响52-53
• 3.8.2 阻块大小对微通道流动阻力特性的影响53-54
• 3.8.3 阻块大小的选择54
• 3.9 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间·发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

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本文编号：1064400