基于粘彈性流體的微型換熱器強化傳熱機理研究.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,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、強激光鏡的冷卻、薄膜沉積中的熱控制,以及其他一些對傳熱設(shè)備的尺寸和重量有特殊要求的場合。最常見的一種微型換熱器是微通道換熱器,其流動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)具有顯著的傳熱強化效果。將粘彈性流體與微通

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

3、以下成果:
　　 (1)基于合理的簡化、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)流動與傳熱過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化傳熱換熱器可使現(xiàn)有普通微通道換熱器的強化傳熱效果提高400％以上。隨著傳熱介質(zhì)流體流速的增大,新型微通道高效強化傳熱換熱器相對于普通微通道換熱器的強化效果越來越明顯,因此增加傳熱介質(zhì)流體流速可以提高其傳熱強化效果。本文所研制的新型微通道高效強化傳熱換熱

4、器具有較強的強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和傳熱過程中具有較強的二次流動強度。
　　 (3)研究表明,微通道內(nèi)粘彈性流體脈動流動的體積流量加權(quán)平均出口溫度均高于微通道內(nèi)粘彈性流體穩(wěn)態(tài)時的出口溫度,即脈動流動能夠使得粘彈性流體的傳熱效果得到進(jìn)一步強化。且脈動流動對微通道內(nèi)的粘彈性流體的傳熱過程的影響效果取決于脈動流動的頻率和振幅,隨著頻率和振幅增加,粘彈性流體的傳熱效果增強。此外,在相同的流阻特性,傳熱特性參