微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

变物性对微通道内流动与传热的影响

分别采用入口物性、平均物性和变物性对Dh=0.333 mm、Re=101～1775的矩形微通道内层流流动与传热进行了三维流固耦合数值模拟.将不同方法下局部和平均流动与传热特性的计算结果与新近文献中的实验结果、常见关联式及近似理论解进行了对比分析.结果表明,与入口物性法相比,平均物性和变物性法均获得明显较低的fapp和较高的hz和Nuz.与平均物性法相比,变物性法在通道起始段具有更高的fapp Reave和较低的hz,而在后段具有较低的fapp Reave和较高的hz.Nuave的计算结果与Sieder-Tate关联式吻合良好,表明传统的宏观数学模型能够正确用于预测本文尺度和Re范围内微通道内的流动与传热特性.     

微通道换热器流动和传热特性的研究

通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。     

流体变物性对细矩形通道流动和传热的影响

以细矩形通道为研究对象,基于CFD的二次开发技术,采用流体固体共轭传热技术数值研究了流体变物性和入口平均物性对细矩形通道平均流动和平均传热特性的影响,同时研究了流体变物性对细通道转捩雷诺数的影响,为进一步揭示微细通道的流动和传热机理提供了依据.     

基于康托尔分形微通道流动与传热的模拟

高密度、小体积和高集成的电子元器件散热困难,易造成过早失效,采用微通道换热器可以实现小体积内高热流的散热,但流动阻力很大.为了保证传热效果,降低流动阻力,本文提出了一种新型的微通道结构并对其流动与传热特性进行了数值模拟.首先研究了微通道形状和结构,模拟结果表明：进出口截面宽高比为0.8的矩形微通道的换热效果最好;并在此基础上提出一种康托尔分型凹槽结构,研究了有无康托尔分形以及不同分形级数对流动与传热性能的影响,综合对比发现：第二级康托尔分形模型N2既能保证热阻显著降低,又能相比阵列结构降低压降,具有明显的换热优势;最后对这种康托尔分形结构的凹槽形状,尺寸及不同方向上的分形进行研究,结果表明梯形凹槽的下上表面长度比b/a为0.6、流动方向分形比f_x为1.25和通道高度方向分形比f_y为1.5时换热流动性能最佳.     

基于康托尔分形微通道流动与传热的模拟

高密度、 小体积和高集成的电子元器件散热困难, 易造成过早失效, 采用微通道换热器可以实现小体积内高热流的散热, 但流动阻力很大. 为了保证传热效果, 降低流动阻力, 本文提出了一种新型的微通道结构并对其流动与传热特性进行了数值模拟. 首先研究了微通道形状和结构, 模拟结果表明: 进出口截面宽高比为0.8 的矩形微通道的换热效果最好; 并在此基础上提出一种康托尔分型凹槽结构, 研究了有无康托尔分形以及不同分形级数对流动与传热性能的影响, 综合对比发现: 第二级康托尔分形模型 N2 既能保证热阻显著降低, 又能相比阵列结构降低压降, 具有明显的换热优势; 最后对这种康托尔分形结构的凹槽形状, 尺寸及不同方向上的分形进行研究, 结果表明梯形凹槽的下上表面长度比b/a 为0.6 、 流动方向分形比fx 为1 .25 和通道高度方向分形比fy 为1 .5 时换热流动性能最佳.     

光滑矩形微通道液体单相流动和传热的数值研究

采用CFD方法对水在矩形光滑微通道内的流动和传热特性进行了数值模拟.计算结果表明微通道的长径比、当量直径、高宽比和孔隙率都对其流动和传热有着不同程度的影响.在保持长径比大于70而使流动的入口效应可忽略的前提下,分别模拟了当量直径,高宽比和孔隙率对微通道流动和传热的影响,得到了各种工况下的流动和传热规律.     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

粗糙平板微通道流动和传热的数值模拟

以粗糙平行平板微通道为研究对象,以三角形锯齿状粗糙元模拟固体表面的粗糙度,采用CFD流体固体共轭传热技术数值研究了绝对粗糙度和相对粗糙度对平行平板微通道流动和传热特性的影响,着重分析了粗糙度和流体速度对水力入口段长度和热力入口段长度的影响规律,同时研究了相对粗糙度对微通道转捩雷诺数的影响,为进一步揭示微微通道的流动和传热机理提供了依据.     

陶瓷微通道内的传热和压降特性

本文对一种新型陶瓷微通道换热器的传热与流动阻力特性进行了实验研究。实验工质分别为3M公司的HFE-7100和水。对于HFE7100流体,在传热面温度为40℃时热流密度可达10W/cm~2;对于水,传热面温度为35℃时热流密度可达约13W/cm~2。流动阻力特性实验结果表明,无论对于水还是HFE7100流体,在本实验范围内压降小于4.8kPa。     

矩形微槽道纳米流体饱和沸腾临界热流密度特性

针对纳米流体在微小尺度传热领域的应用,在常压下对微槽道中纳米流体的流动沸腾临界热流密度进行实验研究。分别以体积浓度为0.2%、0.5%的水基Al2O3纳米流体为工质进行试验,研究不同质量流速、槽道尺寸以及体积浓度等因素对沸腾CHF的影响。对比水为工质实验结果,表明:槽道尺寸、质量流速对于水-Al2O3纳米流体和纯水的CHF影响一致。其它参数一定的工况下,纳米流体CHF比纯水大,且随着纳米流体体积浓度增大,出口壁面过热度会增大。最后介绍一个微槽道沸腾CHF的预测模型,在评价其不足的基础上提出一个关于CHF的预测公式,与实验数据进行对比,验证该公式的适用性。     

压缩性和稀薄性对微通道气体流动换热的影响

本文对于微通道内稀薄气体二维可压缩滑移流动建立了数学模型,采用连续介质流动控制方程与壁面速度滑移和温度跳跃边界条件相组合描述该问题,并利用SIMPLE算法求解,所得结果与文献进行了对比,在相同条件下得到了较高的一致性.文中利用该计算模型的计算结果分析了气体的压缩性和稀薄性对微通道气体流动的影响,结果表明在所计算工况下稀薄性的影响更大。     

Two-phase flow boiling heat transfer of FC-72 in parallel micro-channels

Experimental research is performed on two-phase flow boiling heat transfer in micro-channels. FC-72 is used as the working fluid. In order to analyze the heat transfer mechanism during two-phase flow boiling, the dimensionless parameters, e.g., boiling number and convection number, are used, and the effect of these parameters on the heat transfer can be confirmed during flow boiling in the micro-channel. In addition, the transition criterion from bubbly/slug flow to annular flow is proposed from the modified Weber number. Based on the boiling heat transfer mechanism obtained from the experiments, a new correlation is proposed to predict the heat transfer coefficient. The new correlation predicts well the experimental results within a mean absolute error of 5.2%.     

超临界水在倾斜上升管内的非均匀传热特性数值模拟

对超临界压力水在管径为Φ32mm×3mm、长度为8000mm、倾角为20°的倾斜光管内的流动与传热特性进行数值模拟研究,重点考察超临界水在大比热区内的奇异物性变化对倾斜管内的传热特性的影响.通过与实验数据的对比,验证计算模型的正确性;计算压力P=26,34 MPa时,不同质量流速和热负荷下倾斜光管内壁温随超临界水焓值增大而变化的规律,以及倾斜光管内壁周向温度及热负荷分布的不均匀性;分析大比热区管内上下母线处内壁温度差随工质焓值变化的特性及机理,讨论大比热区水的物性变化对倾斜光管内传热不均匀性的影响;引入截面横向动能与截面相对横向动能两个变量对二次流的强度进行描述,重点考察超临界水在大比热区内的二次流的流动特点及其对倾斜管内传热特性影响的机理.并利用截面中垂线上的密度梯度定量分析二次流变化的规律,讨论超临界压力下大比热区内倾斜光管内壁温分布异常的机理.     

Effects of Heating Load on Flow Resistance and Convective Heat Transfer in Micro-pin-fin Heat Sinks with Different Cross-section Shapes

The flow and convective heat transfer characteristics under different heating loads in micro-pin-fins of circle, diamond and triangle are experimentally investigated with Reynolds number ranging from 0–1,000. The pressure drops, friction factors, thermal resistance and Nusselt number in micro-pin-fins with different cross-section shapes are obtained when the heating load changes from 50 to 150 W. Basing on the experimental results, the mechanisms of the influence of heating load on the resistance and heat transfer characteristics in micro-pin-fins with different cross-section shapes are detailed analysed. It is found that pressure drops in three types of micro-pin-fins all become large with the increase of the heating load, and the change of pressure drop in triangular micro-pin-fins is larger than those in the other two micro-pin-fins. At low Re, the friction factors in the three types of micro-pin-fins become large with the increase of the heating load, but this phenomenon disappears when Re>400 for the circle and diamond micro-pin-fins, and Re>250 for the triangular micro-pin-fins. The convective heat transfer in micro-pin-fins with cross-section shapes of circle, diamond and is enhanced by increasing the heating load, but the convective heat transfer coefficients and Nu in the triangular micro-pin-fins becomes slightly smaller when Re>250.     

离心力场流体热驱动液晶显现试验研究

在强离心力场下构造出封闭微小循环通道,可以通过封闭通道特征尺寸的微小化来强化换热,同时利用流体的高热驱动力来克服尺寸微小化带来的阻力增加,不需要任何辅助动力装置,因此结构简单、强化换热效果佳。本文利用热色液晶技术,首次通过温度场显现试验,研究了离心力场下封闭微小通道内氟利昂R12的热驱动运动。结果表明同传统的热电偶测温相比,热色液晶技术作为一种新的测量方法,可以更准确地表示出整个温度场的分布规律。     

微酒窝通道与圆柱面凹槽通道对流传热强化分析

结合对流传热场协同原理分析了微酒窝通道、圆柱面凹槽通道及低肋通道强化传热特点,研究发现酒窝与圆柱面凹槽强化传热主要原因为:1)增加近壁区流体扰动,促进酒窝或凹槽内部流体与主流之间的传热;2)酒窝与凹槽均可扩展传热面积,进而提高总传热量。与低肋通道相比,酒窝与圆柱面凹槽仅对其附近流体的流动产生影响,而对主流流体的流动影响较小,进而阻力增加较少。提出传热量单元性能参数PEC_A作为评价指标,酒窝通道综合性能参数略高于圆柱面凹槽通道,而远高于低肋通道。     

Heat transfer in a flow of gas mixture with low Prandtl number in triangular channels

We investigated heat transfer in a channel with a triangular cross-section. The working medium is a helium–xenon mixture with a low Prandtl number. This channel configuration corresponds to one of possible cases of fuel cells layout in a gas-cooled nuclear reactor. New experimental data on heat transfer in helium–xenon mixtures were obtained. Results of numerical modeling were compared with the experimental data and the known empirical correlations.     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。