微小矩形通道内流动与换热特性研究

论文摘要

随着科技的进步,电子、机械等领域都向小型化、微型化方向发展,对此类产品的散热要求也日益提高。微通道换热器以体积小、换热能力强等特点成为微小型化后主要的散热设备,其性能也成为国内外学者研究的热点之一。本文利用试验和数值模拟的方法研究了当量直径为0.633-1.079mm的微小通道内流动与换热特性,工质为液体水,雷诺数为100-3000。试验结果表明该尺寸范围内当量直径较大的通道,层流向紊流转变的临界雷诺数约为2000,而对于当量直径较小的通道,临界雷诺数约为1700,较常规尺度的转变点有所提前。层流表观摩阻系数和平均努谢尔数的试验值与数值计算结果吻合良好。最后通过数值方法对恒定泵功及恒定流量条件下不同结构参数的通道进行了换热计算,给出了最佳换热结构参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 微通道的应用
• 1.3 微通道流动与换热研究进展
• 1.3.1 经典管内流动与换热
• 1.3.2 光滑微通道研究进展
• 1.3.3 粗糙微通道研究进展
• 1.4 论文主要工作
• 第二章 数值方法
• 2.1 流动和传热的控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 能量守恒方程
• 2.1.4 控制方程的通用形式
• 2.2 CFD 模拟
• 2.2.1 CFD 概念
• 2.2.2 CFD 商用软件
• 2.2.3 CFD 求解步骤
• 2.3 流动模拟算例
• 2.3.1 圆管内层流流动
• 2.3.2 矩形通道内层流充分发展段流动
• 2.3.3 矩形通道内层流进口段流动
• 2.4 传热模拟算例
• 2.4.1 圆管内层流热发展段换热
• 2.4.2 矩形通道内层流换热
• 第三章 微小通道内流动与换热的试验研究
• 3.1 试验装置及仪器
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 测试仪器
• 3.2 试验数据整理
• 3.2.1 流动特性
• 3.2.2 换热特性
• 3.3 误差分析
• 3.3.1 误差来源
• 3.3.2 不确定性分析
• 3.4 试验结果
• 3.4.1 标定试验
• 3.4.2 冷态流阻试验
• 3.4.3 换热性能试验
• 3.4.4 接触热阻
• 3.5 优化设计
• 3.5.1 优化范围
• 3.5.2 优化方法
• 3.5.3 最佳结构
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文