微管道換熱器內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)合硅加工的多路感應(yīng)耦合等離子體蝕刻工藝,設(shè)計并加工了硅制微管道換熱器內(nèi)微流體的流動與換熱實驗裝置,完成了微管道換熱器內(nèi)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(nèi)單相液體流動仍滿足連續(xù)介質(zhì)假設(shè),引入粗糙度粘性系數(shù),建立了微管道內(nèi)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(shù)值計算,將計算結(jié)果與實驗結(jié)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?qū)崿F(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(nèi)湍流對流換熱的速度場與溫度場,并給出了工程應(yīng)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(yīng),以雙流體模型為基礎(chǔ),建立了微管道內(nèi)流動沸騰環(huán)狀流模型,并進行了數(shù)值求解,并對數(shù)值模擬結(jié)果進行了分析.采用分子

3、動力學(xué)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(jié)果顯示:分子動力學(xué)模擬方法可作為研究微管道換熱器內(nèi)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(nèi)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(jié)果與實驗結(jié)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(nèi)流動沸騰地穩(wěn)定性,對微管道換熱器的設(shè)計和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義.將微管道換熱器抽象成多孔介質(zhì)模型,利用多孔介質(zhì)雙方程模型導(dǎo)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(shù)的優(yōu)化方法.設(shè)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(jié)構(gòu);分析與實驗結(jié)果顯示:4種強化傳熱結(jié)構(gòu)的總熱阻均比強化前