纳米流体微通道流动换热数值模拟研究

采用计算流体动力学方法,对两种不同浓度的水-Al2O3纳米流体以及五种不同高宽比的微通道热沉的流动换热特性开展了数值模拟研究.结果 表明,提高纳米颗粒体积分数可降低流固换热面的平均温度,从而提升纳米流体的换热能力,但同时也会显著提升系统的泵功率;通过改变微通道高宽比可有效提升热沉的换热能力,增大高宽比能够有效降低热沉受...     

单柱微通道流动沸腾换热数值模拟研究

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。     

矩形微通道中环状冷凝的数值模拟

建立了一套恒热流边界条件下矩形微通道内环状冷凝过程的一维稳态模型,进行了数值计算,并将数值模拟结果与正三角形中的冷凝过程进行了比较.研究显示,在不同截面的微通道中,液相毛细半径和流速的沿程变化趋势都是相似的.同条件下,矩形通道的冷凝段长度大于正三角形通道.在矩形微通道中,通道入口蒸气压力和水力直径越大或者接触角越小,则冷凝段长度越长.     

通断微通道流动特性的数值模拟研究

微通道换热器以其良好换热能力已被广泛地应用于当前的实验研究中,通过数值模拟的方法对通断微通道内的流动特性进行了研究。重点分析了通道结构对微通道内速度分布、压力分布的影响。结果显示,通断通道的整体压降比连续通道增加了17%,当微通道内的雷诺数>1 500时,微通道内单相流动达到了旺盛湍流,宽高比对压降的影响消失。通断通道结构下的流动转捩雷诺数600～800之间,比常规尺度下的转捩雷诺数低得多(2 300左右)。通过通道数对流动性能的研究发现,增加通道数,有利于降低整体压降并增加流动稳定性。     

微通道内近临界流体瞬态混合与换热研究

近年来,微尺度条件下功能性流体换热与流动已经成为极具潜力和挑战性的课题,在化工、医药、传热与能源利用等系统中获得广泛应用。超临界CO_2流体作为一种天然替代性环保工质,在相关细微尺度下已证明具有良好的热力学性能。本研究采用了数值计算的方法对近临界CO_2流体在微通道内流动稳定性和换热特性进行了系列的探索。研究发现,在靠近临界点的相对较宽泛的区域内,流体具有强膨胀特性和低热扩散特性,从而在微尺度条件下产生局部旋涡流动,大大促进了微尺度的混合和对流换热效率。进一步,研究针对这种微尺度局部涡动进行了机理分析,获得了微通道内近临界流体瞬态换热和超临界热膨胀效应特性。     

微通道换热器结露工况下的性能实验研究

微通道换热器因其换热效率高、制冷剂充注量小等特点,被广泛应用于汽车空调,但当其作为家用空调系统蒸发器使用时会因为结露而影响换热性能。该文以微通道换热器为研究对象,针对其结露工况下的换热性能进行实验研究,讨论结露前后空气进口状态参数及迎面风速对其换热性能的影响。通过研究发现,结露对空气进出口压降有很大影响,结露前后压降增幅127%以上;结露对空气侧换热系数同样存在较大影响,换热系数降幅约14.6%。     

微通道内流动沸腾气泡生长特性数值研究

利用FLUENT软件,采用VOF多相流模型对水在矩形微通道内流动沸腾过程中气泡的生长进行了数值模拟,分析了壁面热流密度、入口质量通量和接触角对气泡生长速率的影响,并得到了气泡周围的温度和压力分布。结果表明,壁面热流密度和质量通量的增大导致气泡生长速度的增加,而最小的接触角有最大的气泡生长速度,气泡边界上的温度梯度和压力梯度都较大。     

Y型微通道内气泡非对称破裂行为的数值研究

基于微通道两相流的微流控技术已得到广泛的应用,精确控制通道中气泡或液滴的尺寸对相关微流控系统的设计起到至关重要的作用.本文基于流体体积法重构Y型微通道内的气泡破裂行为,系统研究了气泡无量纲尺寸(1.2—2.7)、出口流量比(1—4)以及主通道雷诺数(100—600)对气泡破裂行为的影响.发现气泡非对称破裂过程分为3个阶段:延伸阶段、挤压阶段和快速破裂阶段.在气泡初始尺寸较小或出口流量较大的情况下,气泡不破裂,只经历延伸阶段和挤压阶段.进一步针对不同尺寸和出口流量比揭示了气泡的4种破裂模式:隧道-隧道破裂、阻塞-阻塞破裂、隧道-阻塞破裂和不破裂.随着出口流量比的增大,气泡的破裂过程逐渐变为非对称破裂,其破裂模式沿隧道-隧道破裂/阻塞-阻塞破裂、逐渐向隧道-阻塞破裂和不破裂方向转变.在此基础上获得了不同雷诺数和初始气泡尺寸下,气泡破裂的临界流量比以及气泡破裂后子气泡体积比随出口流量比的变化规律并提炼了相应的准则关联式,可为精确调控破裂后子气泡的尺寸提供理论指导.     

微通道换热器结露工况下的性能实验研究北大核心

微通道换热器因其换热效率高、制冷剂充注量小等特点,被广泛应用于汽车空调,但当其作为家用空调系统蒸发器使用时会因为结露而影响换热性能。该文以微通道换热器为研究对象,针对其结露工况下的换热性能进行实验研究,讨论结露前后空气进口状态参数及迎面风速对其换热性能的影响。通过研究发现,结露对空气进出口压降有很大影响,结露前后压降增幅127%以上;结露对空气侧换热系数同样存在较大影响,换热系数降幅约14.6%。     

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.     

双电层交叠时微通道内流动的数值模拟

本文采用有限容积法数值模拟了在电动效应作用下微通道内流体的流动特性。分别采用Poisson方程和Nernst- Planck方程计算电动势和离子浓度分布。结果表明在双电层相互交叠的情况下,微通道内轴向的流动电势先减小后增大,并逐渐趋于定值,从而导致了轴向电动效应不断增强。     

狭窄通道湍流纵向涡强化换热实验和数值研究

本文采用实验的方法,研究了单面加热矩形狭窄通道内,翼片型纵向涡发生器对流动换热的强化作用.在此基础上,应用大涡模拟的方法对通道内的瞬态流场及其对壁面对流换热的影响进行了研究,并将数值模拟与实验进行了比较.结果表明,通过添加翼片可以在流动中产生涡流,强化壁面边界层与流体的物质和能量交换,并验证了将大涡模拟应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

微通道中液氮单相流动和换热实验研究

对直径为0.531,0.834,1.042和1.931 mm的圆形微通道内液氮的单相流动和传热进行了实验研究.在10,000～90,000的高雷诺数范围内,测量了流动摩擦系数、局部和平均对流换热系数.结果表明,流动摩擦系数随微通道壁面粗糙度的增加而变大.微通道中局部对流换热系数受到液氮导热系数变化的影响沿管程逐渐下降约12.5%.传统的Gnielinski换热关联式经过流动摩擦系数的修正后与实验换热系数符合较好.     

凹槽通道中流动和换热的数值模拟

对凹槽通道中的流动和换热问题进行了数值模拟. Nu的数值结果与文献已有的激光全息干涉实验结果基本一致,但某些工况与实验结果差别大约达到了20%～30%.数值计算获得的温度场也与文献已有的激光全息干涉实验结果基本一致.流场的数值结果表明,入口第一个突出块上出现了回流,这可以解释为什么第一个突出块的平均Nu较小.当Re=2632时,在最后一个突出块后出现了涡列,所得到的数值结果是振荡的,表明流动与换热在这个参数下出现了自维持振荡,是非稳态的.     

微通道换热研究进展综述

微通道换热器由于其较强的换热性能,较小的体积等诸多优势,而日益受到人们的关注。针对微通道换热性能的研究也越来越多。文中针对微通道换热研究中的沸腾换热,纳米颗粒,通道结构和临界热流密度研究近况进行了综述。     

对流梯形微通道内气液两相流动的数值研究

采用VOF方法,对梯形微通道内不可压缩气液两相流动进行了数值模拟研究,详细分析了气泡形成过程,以及当量直径、截面形状、液体表面张力和粘度等对气泡液柱形成过程和长度的影响,拟合出微通道气泡液柱长度计算公式。结果表明:气泡液柱的长度受表观气速和表观液速的影响较大;表面张力对气泡尺寸的影响较小,当液体粘度增加为水粘度的10倍时,形成的气泡形状不规则。增大表面张力,形成气泡的时间增加;增大粘度,形成气泡的时间减小。     

SLM增材制造高通量微通道换热器结构优化设计

选择性激光熔化技术(SLM)的出现,给性能更高效、结构更复杂的微通道换热器制备提供了有力的技术支持.实验利用Fluent软件对不同长短轴比k、螺距L的单、双边椭圆纽带强化管进行了仿真计算,并采用PEC评价法评价换热器的综合性能.结果 表明:一定螺距的纽带强化管,雷诺数Re一定时,努塞尔数Nu和阻力系数f均随着长短轴之比...     

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.     

Y型微通道气液两相流的数值模拟

针对Y型微通道气液两相流的数值模拟,建立了适用于微通道气液两相流的计算模型,采用CFD方法对微通道内流体的流动进行了数值研究,分析了微通道内流动状态、气泡形状以及生成周期,模拟了Y型微通道气液两相流弹状流的形成过程,并对弹状流的压力、速度、壁面剪切应力的分布、变化趋势及原因进行了深刻剖析,揭示了弹状流流动规律,为进一步加强弹状流应用打下基础,为微通道中的气液两相流动提供了可靠的理论依据。