微管道換熱器內微流體的流動與換熱.pdf

1、微管道換熱器以其換熱性能卓越、結構緊湊等優(yōu)點成為小體積高功率電子器件首選的新型散熱方式.該文結合硅加工的多路感應耦合等離子體蝕刻工藝,設計并加工了硅制微管道換熱器內微流體的流動與換熱實驗裝置,完成了微管道換熱器內單相去離子水的湍流對流換熱和CFC-141b的流動沸騰換熱實驗.分析表明水力直徑為100μm左右的微管道內單相液體流動仍滿足連續(xù)介質假設,引入粗糙度粘性系數,建立了微管道內單相液體湍流對流換熱模型,并采用3維有限容積法(FVM)

2、進行了數值計算,將計算結果與實驗結果進行了對比.利用有限元法(FEM)解決了熱負荷任意分布條件下微管道換熱器的換熱特性分析的困難;提出并程序實現(xiàn)了一種新的FEM與FVM耦合求解算法,從而獲得任意熱負荷邊界下微管道內湍流對流換熱的速度場與溫度場,并給出了工程應用實例.考慮微管道表面粗糙度對流動沸騰的影響及界面區(qū)域液滴夾帶和沉積效應,以雙流體模型為基礎,建立了微管道內流動沸騰環(huán)狀流模型,并進行了數值求解,并對數值模擬結果進行了分析.采用分子

3、動力學模擬方法,首次對CFC-141b在恒定熱負荷下流動沸騰過程中壁面附近的氣泡形成、氣液相界面區(qū)表面張力等進行了模擬,結果顯示:分子動力學模擬方法可作為研究微管道換熱器內流動沸騰微觀現(xiàn)象的有效途徑.提出了平行陣列微管道內流動沸騰不穩(wěn)定性分析模型,采用多變量系統(tǒng)頻域分析法中的Nyquist穩(wěn)定性定理判定平行陣列型微管道換熱器流動沸騰的穩(wěn)定性,利用4組相同的微管道陣列并聯(lián)完成了平行陣列微管道流動沸騰不穩(wěn)定性實驗;分析模型計算結果與實驗結果

4、對比顯示:分析模型可定性地分析平行陣列型微管道換熱器內流動沸騰地穩(wěn)定性,對微管道換熱器的設計和應用具有指導意義.將微管道換熱器抽象成多孔介質模型,利用多孔介質雙方程模型導出了微管道換熱器系統(tǒng)總熱阻計算式;以降低系統(tǒng)總熱阻為目標,給出了矩形截面微管道換熱器高寬比、肋寬等參數的優(yōu)化方法.設計并加工了壁面集成微熱管、壁面增加凹凸粗糙元、平行折線型等4種平行陣列型微管道換熱器的強化傳熱結構;分析與實驗結果顯示:4種強化傳熱結構的總熱阻均比強化前