基于粘彈性流體的微型換熱器強(qiáng)化傳熱機(jī)理研究.pdf

1、微型換熱器是一種超緊湊式換熱器,它具有體積小、單位體積傳熱面積大的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、微電子、材料科學(xué)、高溫超導(dǎo)體的冷卻、化學(xué)生物工程、強(qiáng)激光鏡的冷卻、薄膜沉積中的熱控制,以及其他一些對(duì)傳熱設(shè)備的尺寸和重量有特殊要求的場(chǎng)合。最常見(jiàn)的一種微型換熱器是微通道換熱器,其流動(dòng)通道一般是在很薄的硅片、金屬或其他材料的薄片上加工而成。已有研究表明,在宏觀條件下,選用粘彈性流體作為換熱器的傳熱介質(zhì)具有顯著的傳熱強(qiáng)化效果。將粘彈性流體與微通

2、道換熱器技術(shù)有機(jī)結(jié)合,有望成功研制出一種強(qiáng)化傳熱性能更強(qiáng)的新型微通道高效強(qiáng)化傳熱技術(shù)。因此,本文將通過(guò)數(shù)值模擬方法研究粘彈性流體在微通道內(nèi)的流動(dòng)和傳熱過(guò)程。通過(guò)與純粘性流體傳熱效果的對(duì)比,研究粘彈性流體的傳熱強(qiáng)化效果。并基于流變學(xué)理論,通過(guò)粘彈性流體二次流動(dòng)的特性,解釋微通道內(nèi)粘彈性流體傳熱強(qiáng)化機(jī)理。此外,本文通過(guò)數(shù)值模擬的手段研究了粘彈性流體與脈動(dòng)流動(dòng)的耦合強(qiáng)化傳熱過(guò)程,探討過(guò)程參數(shù)對(duì)脈動(dòng)流動(dòng)強(qiáng)化傳熱過(guò)程的影響規(guī)律和機(jī)理。本文主要取得

3、以下成果:
　　 (1)基于合理的簡(jiǎn)化、假設(shè)以及邊界條件建立了描述粘彈性流體在微通道內(nèi)流動(dòng)與傳熱過(guò)程的全三維理論模型。
　　 (2)研究表明,本文所研制的新型微通道高效強(qiáng)化傳熱換熱器可使現(xiàn)有普通微通道換熱器的強(qiáng)化傳熱效果提高400％以上。隨著傳熱介質(zhì)流體流速的增大,新型微通道高效強(qiáng)化傳熱換熱器相對(duì)于普通微通道換熱器的強(qiáng)化效果越來(lái)越明顯,因此增加傳熱介質(zhì)流體流速可以提高其傳熱強(qiáng)化效果。本文所研制的新型微通道高效強(qiáng)化傳熱換熱

4、器具有較強(qiáng)的強(qiáng)化傳熱效果的根本原因是其傳熱介質(zhì)即粘彈性流體在流動(dòng)和傳熱過(guò)程中具有較強(qiáng)的二次流動(dòng)強(qiáng)度。
　　 (3)研究表明,微通道內(nèi)粘彈性流體脈動(dòng)流動(dòng)的體積流量加權(quán)平均出口溫度均高于微通道內(nèi)粘彈性流體穩(wěn)態(tài)時(shí)的出口溫度,即脈動(dòng)流動(dòng)能夠使得粘彈性流體的傳熱效果得到進(jìn)一步強(qiáng)化。且脈動(dòng)流動(dòng)對(duì)微通道內(nèi)的粘彈性流體的傳熱過(guò)程的影響效果取決于脈動(dòng)流動(dòng)的頻率和振幅,隨著頻率和振幅增加,粘彈性流體的傳熱效果增強(qiáng)。此外,在相同的流阻特性,傳熱特性參