流量分配对逆流微通道内流动沸腾影响的研究

微通道内的沸腾两相流动是解决高热流密度下微电子设备散热最有潜力的手段之一。本文基于逆流式微通道热沉设计,实验研究了不同流量调配下逆流式微通道内的流动沸腾特性。讨论了流量分配对微通道内流动沸腾过程中传热特性、压降分布和壁面温度演化规律的影响。实验结果表明：当逆流式通道两侧的质量流量相同时,壁面呈现较好的温度均匀性,且两侧流动压降基本保持一致。两侧流量相差越大,其对应最大两相压降偏差越大。逆流式微通道的壁面温度分布和局部热点的位置可以通过改变两侧质量流量的大小实现有效控制。同时,微通道内流体的演化周期同样可以根据两侧质量流量的高低实现调控。     

中空纤维膜换热器传热传质性能的实验研究

中空纤维膜换热器可同时实现传质传热, 该换热器可应用于吸收式制冷系统以改善制冷性能. 为探究该膜换热器在溴化锂吸收式制冷系统的运行工况下的传热传质特性, 搭建中空纤维膜换热器性能测试实验台, 采用控制变量法探究在热侧不同入口溶液流速、温度下该换热器的传热量及膜通量变化规律特性. 结果表明: 在热流体其它参数保持不变的情况下, 中空纤维膜换热器热侧溶液的入口流速由3.05 m/s 增至3.30 m/s 时, 换热器总传热量与膜通量均随之加大, 增幅分别为16.0%和2.2%; 该膜换热器的总传热量在冷侧溶液与热侧溶液入口温差10°C 至15°C 内, 增幅达到18.9%, 而膜通量受膜两侧溶液的入口温差变化影响较小, 增幅仅3.1%. 研究表示: 温度的变化对中空纤维膜换热器的传热传质性能影响更为显著, 而流速的变化对水分子的运动影响较小.     

仿螺旋肋片道流动换热特性的数值研究

运用数值计算的方法对仿螺旋肋片内冷通道内的流动特性和传热特性进行了研究,共建立五组模型,分析了入口冷气雷诺数和肋片排布方式对壁面换热和通道阻力特性的影响规律.研究结果表明:(1)随着肋片与主流方向的夹角α的增大,壁面换热增强,同时通道内平均阻力系数显著增大.(2)随着入口冷气雷诺数的增大,壁面平均努塞尔数Nu增大,平均阻力系数Eu减小.(3)改变肋片倾斜角β可使综合性能提高,且存在最佳值.在研究范围内,α=15°,β=15°时综合性能最好.     

一种板式换热器一侧流量分配的数值分析

本文以双人字形板式换热器的波纹通道为对象,用数值模拟方法研究了冷侧通道内的流量分配特性与传热特性。发现在单边流情况下,流体经导流区分流后,存在流量分配不均现象。改变导流区结构参数后得出：当雷诺数在2400～12500范围内时,导流区左上侧导流槽角度为60?时流量分配较均匀;左上侧导流槽角度为60?,导流区左下侧导流槽间距为15 mm时,流量分配均匀性更好;在上述两种结构基础上,导流区左下侧角度为180?时,流量分配不均情况改善最佳。在流道中加装封条发现3个封条效果最佳。     

非对称纳米通道内流体流动与传热的分子动力学

采用分子动力学方法研究了流体在非对称浸润性粗糙纳米通道内的流动与传热过程,分析了两侧壁面浸润性不对称对流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及非对称浸润性组合对流体内部热量传递的影响.研究结果表明,纳米通道主流区域的流体速度在外力作用下呈抛物线分布,但是纳米通道上下壁面浸润性不对称导致速度分布不呈中心对称,同时通道壁面的纳米结构也会限制流体的流动.流体在流动过程中产生黏性耗散,使流体温度升高.增强冷壁面的疏水性对近热壁面区域的流体速度几乎没有影响,滑移速度和滑移长度基本不变,始终为锁定边界,但是会导致近冷壁面区域的流体速度逐渐增大,对应的滑移速度和滑移长度随之增大.此时,近冷壁面区域的流体温度逐渐超过近热壁面区域的流体温度,流体出现反转温度分布,流体内部热流逆向传递.随着两侧壁面浸润性不对称程度增加,流体反转温度分布更加明显.     

微管壳式换热器在能量转换循环中的应用

目前，超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环普遍采用印刷电路板换热器(PCHE)来保证其相对其他能量转换循环的紧凑性优势。PCHE芯体为整体结构，若内部出现泄漏或结垢等问题，很难进行维护与检修。本文提出了一种微管壳式换热器(MSTE)，其结构与传统管壳式换热器类似，但其管径缩小至微通道级。由于MSTE的流道横截面积占总截面积之比较PCHE大，在典型的回热器与冷却器设计工况下，相对PCHE而言，采用MSTE可将体积与质量均减小30%以上。灵敏性分析结果显示，采用本文设计的MSTE结构的回热器与冷却器，回热器冷热流道入口温度升高20℃左右，压缩机入口温度变化均不超过1℃，说明该种结构换热器的换热能力足够支撑能量转换循环的一般工况波动。     

印刷电路板换热器换热槽道的喷淋蚀刻实验

印刷电路板换热器(printed circuit heat exchanger,简称PCHE)作为一种新型换热器紧凑度高,能在高温高压等恶劣条件下进行传热。利用化学蚀刻技术,能蚀刻出微米至毫米量级的PCHE换热单元通道.为了能优化蚀刻过程、提高蚀刻速率、减少黑色杂质的生成以蚀刻出高质量的换热单元微通道,本文采用正交喷淋蚀刻法研究了喷淋压力、蚀刻液化学组成成分及浓度、蚀刻液温度对201不锈钢蚀刻速率、侧蚀量及表面粗糙度等蚀刻质量的影响。通过正交蚀刻试验,在研究的水平范围内,得到最佳蚀刻参数为喷淋压力0.20 MPa、蚀刻液温度35℃、FeCl_3 350g·L~(-1)、H_3PO_4 1.5mol/L,其有利于实现PCHE换热单元通道低成本、高效率、可控的加工.     

固定换热面积的回热器优化设计研究

为探究印刷电路板换热器（PCHE）Z型通道中超临界CO₂的换热特性,在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计,采用数值模拟方法对CO₂-CO₂耦合换热的局部和整体特性进行了分析,通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性,与实验结果进行对比,验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能,厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明,计算结果与实验结果吻合,当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降,根据不同的设计需求,最佳的夹角范围为110°～120°。     

超临界LNG在错列S形翅片微通道的流动传热特性研究

作为一种新型微通道换热器,印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)因比表面积大、耐高压和低温、海上适应性强以及便于模块化等特点,近年来逐渐成为浮式LNG接收站和浮式储存及再气化装置的主低温换热器首选.针对改进后的错列S型翅片,对超临界LNG在翅片通道内的流动传热特性展...     

非稳态人口温度下相变材料蓄热性能研究

太阳能辐射强度随时间发生变化,造成蓄热单元入口处传热流体温度呈现非稳态变化。为了分析非稳态的入口温度对相变材料蓄热特性的影响,假设传热流体入口温度1 h内随时间呈线性变化,并且1 h内的平均温度恒定在60℃。讨论了入口温度随时间线性增加及线性降低两种变化形式,对相变材料的熔化速率、熔化分数、蓄热量、固液界面位置等参数的影响。结果表明,当1 h内平均入口温度不变,而初始入口温度在30～90℃的范围内变化时,随初始入口温度增加,尽管熔化速率增加,熔化时间从42.75 min减小到20.58 min;但1 h内的总蓄热量却从72.6 kW减小到45.3 kW。     

方形通道内非牛顿流体的强化传热

对非牛顿流体在小尺寸方形通道内的低雷诺数受迫对流传热进行了实验研究。实验用介质为１５００ｗｐｐｍＣａｒｂｏｐｏｌ－９３４中性水溶液。通道顶壁受到等热流加热。结果表明，流体粘弹性与传热的相互作用取决于雷诺数的大小。当表观雷诺数Ｒｅ＞１１．５时，非牛顿流体开始强化对流传热。Ｒｅ数越高，传热强化的程度越大。流体的阻力系数则几乎不受粘弹性的影响。     

基于钛合金的印刷电路板换热器通道电解蚀刻实验研究

印刷电路板换热器(PCHE)作为一种新型换热器,适合在高温高压条件下进行高效传热。使用钛合金制造的PCHE,由于较轻的重量和抗腐蚀性,在航空、航天和航海等极端条件下有很大需求。传统钛材料腐蚀工艺对人体和环境危害很大,本文设计和搭建了电解蚀刻实验台,对钛合金的电化学蚀刻方法开展研究。探究了电解蚀刻过程中电极电压、温度以及搅拌速率等因素对蚀刻结果的影响。实验结果表明,电解蚀刻能制造出微米至毫米量级的PCHE换热通道。在本实验范围内,蚀刻液温度越高,腐蚀速率越快;电极电压较低时,表面粗糙度较低;初始宽度较小时,表面蚀刻效果更加均匀。采用20 V电极电压和45℃蚀刻液温度能够得到表面质量较好的半圆形PCHE通道。     

耦合物理场中包层的流动传热和结构安全分析

包层结构是国际热核聚变实验堆(ITER)中的重要组件,它的力学行为与磁-热-流-固多物理场的耦合效应密切相关。本文采用有限体积法和有限元方法,分析了磁场强度和流体入口速度对包层内流动传热效应和包层中流道插件(FCI)结构安全性的影响。对磁场效应的分析表明,虽然MHD效应对流体存在不利影响,但磁场效应引起的M型速度分布改变了流体的传热形式,可以增加流体出口平均温度,提高热效率;同时,射流可降低第一壁最高温度,减小FCI最大结构热应力。此外,磁场效应还降低了FCI的热膨胀趋势,使得侧壁和Hartmann壁的法向位移有所减小。对于入口流速的分析表明,当速度增加时,PbLi流体出口平均温度降低,使其热效率降低,但流道向氦气中的热泄露有所减少,增加了出口输出热功率。当速度超过0.06 m/s时,出口热功率占中子生成热功率的比例将稳定在85%左右,同时考虑到第一壁和FCI的结构安全性,入口速度选择在0.06~0.10 m/s间可使包层达到良好的传热性能和安全性能。     

不凝性气体对纳米通道内水分子流动传热影响的分子动力学模拟

随着电子元件高性能化和小型化的发展,纳米通道内工质的流动传热问题受到了更多的关注.本文采用分子动力学模拟方法,模拟了300,325,350 K的纳米通道中流体的流动传热情况,工质为水,水中不凝性气体用氩气代替.结果表明:流动过程中,氩原子形成高势能团簇,随着温度升高,流体势能上升,团簇逐渐减小或消失;少量气体原子能够促进流动,而较多氩气会导致通道中心区域形成较大气体团簇而阻碍流动,同时,被加热的工质能显著减小流动阻力系数;近壁面区域流体温度高于中心区域,团簇内部原子活动更加剧烈,平均分子动能更大,温度更高;水的氢键结构可以促进纳米通道内的传热,氩原子会影响氢键数量,高温会破坏水分子形成的氢键网络,使努塞尔数下降.本研究分析了不凝性气体影响下微通道内水分子流动传热的机理,为电子设备的强化传热提供了理论指导.     

流量分配不均下三股流板翅式换热器数值研究

建立了流量分配不均下多股流板翅式换热器通用传热数学模型,并通过FLUENT仿真和自主编程相结合的方式实现了板翅式换热器数值计算。以机载交叉式三股流板翅式换热器为例,通过与文献试验数据对比论证了数值方法的合理性,分析了变流体比热容、流体入口温度和流体流动阻力条件下流量分配不均对多股流板翅式换热器传热性能的影响。     

二极管激光器阵列微通道冷却实验研究

针对某二极管激光器阵列现有冷却器的实际问题,设计并制作了一种铜基液冷微通道冷却器.采用细密的短微通道来代替原来较宽的长通道,大幅度提高了有限空间内的对流换热面积,并可充分利用入口效应来增强换热,从而在保持较低流动阻力、较高流体流量和较低流体温升的前提下,显著提高了冷却器整体冷却能力,并改善了冷却器与热源器件界面上的温度分布均匀性.在本实验最大流量G=70 mL/s情况下,微通道部分的压降只有10.3 kPa;当冷却器与热源器件界面上的平均温升为25.7 K时,冷却器的散热能力可达730 W,相当于128.5 W/cm2的界面热流密度.实验结果还验证了Shah和London提出的表观阻力系数关联式、用于预测平均努谢尔数的Sieder-Tate关联式以及Shah&London关联式.     

核热推进冷却通道热工特性影响因素研究

固体核燃料与推进剂之间的换热设计是核热推进系统的核心技术.本文建立了核热推进冷却通道的传热模型,通过与公开文献对比,验证了数值仿真方法的准确性与可靠性,并分析了核热推进冷却通道几何参数、质量流量等参数对传热的影响。研究结果显示,工质质量流量增加会引起出口温度降低和入口压力增高;冷却通道直径增加会引起出口温度降低和吐口压力降低;六棱柱流道换热效果优于圆柱通道.     

热漏对换热器(火积)耗散最小化的影响

建立了存在热漏的换热器的传热过程模型.假定热流体与冷流体间的传热以及冷流体与外界环境间的热漏均服从牛顿传热定律,在冷流体净传热量一定的条件下,应用最优控制理论导出了换热过程(火积)耗散最小时热流体温度和冷流体温度的最优构型,并将最优路径分别与热流体温度一定和热流率一定的传统传热策略进行了比较.研究结果对于实际换热器的优化设计和最优运行具有一定的理论指导意义.     

高功率半导体激光器微通道热沉的方案设计

 对用于高功率半导体激光器的叠片式微通道热沉进行方案设计,利用计算流体力学和数值传热学对各种方案进行数值仿真,研究了微通道的特征尺寸和流量等因素对冷却效果和流动阻力特性的影响,一般情况下,减小微通道的特征尺寸和增加冷却水的流量可以降低传热热阻,但增加了流动压力损失;另外对金刚石热扩散片（次热沉）的效果也进行了数值计算,计算结果表明:金刚石热扩散片在该类型问题中降低温度作用明显。     

复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。