微管換熱器傳熱與流動性能的實驗研究.pdf

1、微尺度換熱器以其體積小、熱流密度高、耐壓性好、節(jié)約材料等諸多優(yōu)勢,順應(yīng)近年來微電子機械系統(tǒng)的迅猛發(fā)展以及節(jié)能政策深入貫徹的潮流,成為當(dāng)前換熱設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展的必需,因此開發(fā)研究超高熱流密度的緊湊式換熱設(shè)備具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 微幾何尺度內(nèi)介質(zhì)的流動與傳熱有許多不同于傳統(tǒng)尺度下的現(xiàn)象,是個非常復(fù)雜的問題,國際上已有不少學(xué)者對此進行了研究,但至今仍沒有統(tǒng)一的結(jié)論。本文主要設(shè)計開發(fā)了一種微管管束換熱器,并建立了流動與傳熱性能的

2、實驗測試系統(tǒng)。實驗研究了R142b在微管管束換熱器內(nèi)的流動與傳熱特性,同時對微管束管外混合對流繞流的傳熱特性進行了數(shù)值模擬研究,與微管管束外“純”自然對流繞流的傳熱特征進行了對比。
　　 通過威爾遜圖解法整理實驗數(shù)據(jù),歸納出了MTHE管內(nèi)單相強制對流換熱的平均Nu數(shù)傳熱準(zhǔn)則式,實驗值與預(yù)測值的平均絕對差為3.52％。與已有微尺度及常規(guī)尺度下的傳熱準(zhǔn)則式進行了對比分析。重點分析了入口段效應(yīng)的影響,實驗結(jié)果表明在常規(guī)尺度中認(rèn)為的換熱

3、入口段,MTHE管內(nèi)換熱平均Nu數(shù)約是常規(guī)尺度的2-4倍；在充分發(fā)展段,MTHE管內(nèi)平均Nu數(shù)是常規(guī)尺度預(yù)測值的1.44倍。入口段效應(yīng)對微尺度傳熱的影響比常規(guī)尺度要大,通過本文的研究結(jié)果表明:微尺度換熱入口段的相對長度可采用關(guān)系式L／diRePr=0.1來判斷。
　　 在本實驗雷諾數(shù)范圍內(nèi)(Re=500～1600),微管管內(nèi)壓降與管內(nèi)雷諾數(shù)不再是線性關(guān)系。通過實驗擬合出了摩擦阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)Re的關(guān)系,微管管內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)明

4、顯高于常規(guī)尺度相同雷諾數(shù)范圍的摩擦系數(shù)。本文定義了微管換熱器管內(nèi)總阻力系數(shù),并整理了其與雷諾數(shù)的關(guān)系。摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的乘積fRe不再是常規(guī)尺度中的常數(shù),而是隨著雷諾數(shù)變化的函數(shù)。文中初步分析了微尺度流動中產(chǎn)生這些物理現(xiàn)象的因為,對實驗誤差作了分析評定。
　　 微管管束外混合對流與“純”自然對流繞流的LBM數(shù)值模擬表明:“反流”時整體傳熱效果比“橫流”好,“助流”最差。MTHE殼側(cè)進液管以垂直沖下安裝為好,水平安裝次之,垂直