楔形结构矩形微通道内流动和传热研究

论文摘要

本研究是针对去离子水流经微通道下的，流动和传热特性进行实验和模拟分析。选用了水力直径分别为125μm、166.67μm和187.5μm的楔形微通道，其分支数包括0分支、1分支和2分支，雷诺数Re小于2300。首先针对0分支的矩形微通道进行实验研究，其流动摩擦因子f，与理论计算值相一致。但泊肃叶数Po并不恒定，故而深宽比不再是唯一的决定因素。传热方面，随着雷诺数的增加，换热准则数Nu逐渐上升。但不同水力直径的微通道，其实验换热性能，与Dittus-Boelter和Shah经验关联式的预测结果相异。继而研究了1分支和2分支的楔形结构微通道，其实验与模拟压降值，皆随着流率渐增，呈相同微幅非线性的发展趋势。但在高雷诺数区间，由于转角处的阻力增加，使得误差增大。同时沿程压损在总压损中所占比例，因流量增大而渐进减小。实验结果还表明，深宽比与分支数对于流道压损的影响，前者要大于后者。同样的，深宽比与分支数对换热性能的影响也不一致。固定分支数时，不同深宽比的微通道，涡流强化换热效果呈非线性变化。另一方面，固定流道总长度时，并非选择越多分支，微通道换热性能就越好。在本研究中，分支数对换热性能的影响，要大于深宽比。最后通过数值模拟的方法，阐述了楔形微通道中T型分支结构与L型弯头结构，对于流动和传热的作用。由于去离子水的流动方向发生突变，转角处的离心力使得流体压力突增。同时产生的对称旋转涡流，破坏了近壁面处的滞留行为。中心处的冷流体被二次流携带着，与壁面处高温流体实现充分换热，换热性能得到显著提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文的工作
• 2 研究方法
• 2.1 实验研究思路与实验设计
• 2.2 数值模拟分析方法
• 2.3 数据处理与理论计算
• 3 微通道内流动特性分析
• 3.1 矩形微通道的流动特性
• 3.2 楔形结构微通道的流动特性
• 4 微通道内传热特性分析
• 4.1 矩形微通道的换热特性
• 4.2 楔形结构微通道的换热特性
• 4.3 楔形结构的涡流效应
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献