微细通道换热器的研究进展

微细通道换热器不仅体积换热系数大、换热效率高,而且具有优良的耐压性能、较强的抗腐蚀性、紧凑的结构及相对低廉的价格,已成为相关领域的一个研究热点。本文从微细通道换热器内流体流动摩擦特性,流体的单相对流换热、凝结换热、沸腾换热,临界热流密度,微细通道换热器结构的优化,结霜问题及其在制冷空调系统的应用等方面,对微细通道换热器进行较为详细的综述,以期为相关的研究领域提供有价值的参考。     

微管内CO_2流动沸腾换热特性探析

介绍沸腾换热理论及制冷空调系统用微通道换热器的研究现状,对CO2应用于微通道换热器的发展进行分析,通过与其他制冷剂的热物理性质相比,分析CO2在微通道换热器内的沸腾换热特性,为今后的研究方向提供参考。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾起始点及壁面温度实验研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热实验装置,针对截面250 mm×3.5 mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:(1)饱和沸腾起始点是核态沸腾的开始,以此为分界,窄通道内的换热特性截然不同。影响沸腾起始点的因素主要有3种:热流密度、质量流量及入口温度。(2)流体从单相流、过冷沸腾和饱和沸腾转变,其壁面温度变化也各不相同。流体处于单相流时,壁面温度沿流动方向呈线性增加;流体处于过冷沸腾阶段时,过冷沸腾对壁面温度的影响不大,壁面温差很小,可近似认为此阶段为等壁温换热过程。流体进入饱和沸腾(饱和核态沸腾和流动沸腾),壁温存在最大值。     

纳米流体在制冷及冷却中的应用研究进展

介绍了纳米流体的分类及制备,综述了纳米流体在导热系数、对流换热系数、粘度等热物理性能方面的研究状况.重点归纳了纳米流体在制冷和冷却方面的应用研究,如在相变蓄冷介质中添加纳米流体后提高了蓄冷效果,在微通道和微换热器内的纳米流体也表现出优良的换热性能.指出纳米流体在制冷和冷却方面具有很好的应用前景.     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

纳米胶囊潜热型功能流体制备及强化沸腾换热的实验研究

采用溶胶凝胶法制备了以软脂酸为芯材,二氧化硅为壳材的纳米相变胶囊,分析测试表明所合成的胶囊呈现为核壳结构分明的规则球形结构,且具有良好的储热能力。选用聚二甲基硅氧烷疏水改性,制备了稳定分散的丙酮基纳米胶囊潜热型功能流体,热导率及粘度测试表明其可以应用于强化换热。微小通道过冷流动沸腾实验研究发现,纳米相变胶囊的加入不但可以阻止气泡的合并,而且可以加速沸腾气泡的破裂,揭示了除提升热导率及提供潜热之外的另一强化沸腾换热的原因。     

开口结构对微肋阵沸腾换热及汽泡动态生长特性的影响

为了研究开口结构对微肋阵矩形通道沸腾换热的影响,本文对开口水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能进行可视化实验,并与水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能对比,借助高速摄像仪对通道内不同流量下气泡的流动和生长过程进行记录与分析。以去离子水为工质,入口温度为30℃,流量范围为0.2～7.2 kg/h,加热电压为60 V,拍摄频率为500 fps。实验结果表明:微肋阵的开口结构会影响流动特性;开口结构增加了传热面积,有利于汽化核心的形成,有利于换热。在较低和较高雷诺数下,开口水滴形微肋阵的对流换热优于水滴形微肋阵;开口水滴形通道Ⅱ区和Ⅲ区域内气泡的等待时间和生长时间均随雷诺数的增大而逐渐增大,且气泡的生长时间大于等待时间,此外,针肋末端Ⅱ区域的等待时间和生长时间均比Ⅲ区域的更短。     

带有横向微槽道的超临界LNG紧凑式换热器换热强化模拟研究

为了强化超临界LNG紧凑型换热器的换热强化能力,设计了一种应用3D打印技术制备的带有横向微沟槽群的微细流路,并进行了数值模拟验证和性能特性对比,以提高超临界流体LNG在紧凑式气化换热器中的强制对流换热性能。首先对光滑管道下不同流道截面形状对换热特性和流动特性的影响进行了数值计算,结果表明相同截面积下不同形状对超临界LNG的换热与流动特性基本无影响。然后讨论了在2 mm矩形流道带有最佳横向微沟槽群条件下,工质温度在120—250 K范围内两面开槽与四面开槽结构换热特性与流动特性的对比,进一步考察了工质温度、质量流量、进口压力对传热系数、摩擦因子和综合效益系数的影响。最后讨论了重力的影响。结果表明具有四面开槽的换热器综合换热效益得到40%左右的增加,与两面开槽相比并不是完全的两倍关系,微槽道构造显示了出色的换热强化综合效果。此外,对水平流动而言,在研究范围内重力作用会略微强化传热系数。当流动方向为竖直向上时,重力使换热加强,反之,重力将减弱换热。     

R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

平行平板型换热器深低温交变流动传热中的变截面效应模拟与分析

对工作在30—60 K深低温区、带有不同入口倾角的平行平板式狭缝换热器内部交变流动工质流动及传热特性开展了数值研究。在保持运行工况不变的前提下,考察换热器流道两侧入口倾角和工作温区对于传热性能的影响,分析不同变截面参数下传热性能的差异。结果表明:减小换热器入口处法兰的倾角有助于换热器入口段流体均布性,从而强化换热器内部换热,提升换热器的传热性能。该研究有助于理解变截面效应对交变流动传热特性的影响情况。     

微流道换热器内阻力特性的实验研究

本文是制冷换热器小型化研究的一部分，采用等壁温法，对水在正方形，正三角形微流道内受热单相流动的阻力特性进行了实验研究，通过对实验数据的分析发现，层流的摩擦阻力系数随微流道壁面的温度的升高而下降，且低于经典层流阻力系数公式的预测值，流态由层流向紊流过渡也比常规尺度流道提前，且临界雷诺数随微流道壁面温度的升高而减小。     

微通道换热器结构及优化设计研究进展

微电子芯片、激光器及高压电器等设备的高度微型化和集成化使高发热功率系统的热管理面临极大的挑战。微通道流动沸腾技术作为一种有效的散热方式可以实现大热流密度冷却,但微通道内流动沸腾机制尚不明确,在实际应用中存在流动不稳定及蒸干等问题,这对相关优化及强化换热的方法提出了更多要求。本文从通道结构及优化设计两方面,分析现阶段两相微通道换热器的研究现状及进展,为微通道内流动沸腾强化换热及未来发展提供参考。     

CFD方法与间接蒸发冷却换热器的三维数值模拟

本文采用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法,对间接蒸发冷却器内流体流动与热质交换过程进行简化和假设,建立了换热器内三维层流流动与传热的数学物理模型.采用交错网格离散化非线性控制方程组,编制了三维simple算法程序.对间接蒸发冷却器内的流场、温度场及浓度场进行数值模拟研究,得到换热器内的流体流动状态和热流分布,并分析了通道宽度变化对换热器内流体流动与换热的影响.     

对提高换热器热效率的探讨

节约能源是当今世界的一种重社会意识,世界各国下大力量寻找新的能源以及在节约能源上研究新途径,换热设备的研究受到了高度重视。换热器的换热技术的研究,主集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面,换热器内部流体的流动状态是影响换热器综合l生能的重因素。本文叙述了换热器提高热效率的几个因素,以及介绍当前常用的几种换热器,并对换热器研究存在几个不足进行阐述,并对换热器的前景进行了展望。     

超临界CO2在水平三角细微管内层流对流换热的数值模拟

对超临界CO2在水平等边三角细微管内层流流动与换热进行了数值模拟。给出了冷却条件下,细微管（d=0．5mm）内有代表性的速度、温度剖面,Nusselt数随流体温度的变化,以及管壁面上Nusselt数的分布。研究表明,流体剧烈变化的热物性、浮升力以及三角管的几何特征对管内流动换热的影响非常明显。研究结果对超临界二氧化碳高效紧凑式换热器的设计与优化有重要的意义。     

结构特征对螺旋管换热器性能的影响

目的研究结构特征对螺旋管换热器换热性能的影响,为换热器设计和结构优化提供理论依据。方法在CFD软件Ansys的FLUENT模块中模拟螺旋管换热器内流体的流动换热过程。在相同边界条件下,不改变总换热面积,通过改变换热器的换热管直径和壳体长度,研究几何参数对换热性能的影响。通过对比单管单螺旋、单管双螺旋、双管双螺旋和内外双螺旋等4种不同缠绕方式换热器中流体的温度分布云图,研究螺旋管的结构对换热器换热性能的影响。结果保持总换热面积不变,减少换热器的管径,增大壳体的长度,都能有效提高换热效率。与单管单螺旋结构的换热器相比,单管双螺旋结构换热器的流体出口温度下降了9.74%,平行双螺旋结构换热器的出口温度下降了5.05%,内外双螺旋结构换热器的出口温度上升了10.11%。结论在螺旋管换热器的设计和优化过程中,可以通过减小换热管径,增大壳体长度,采用内外双螺旋结构,以实现提高传热效率的目的。     

竖直多孔表面通道内液氮沸腾换热实验研究

在液氮自然循环流动时，对竖直多孔表面管管内沸腾换热及外管单面加热时竖直多孔表面套管内沸腾换热，进行了实验研究，分析并讨论了通道的当量半径、热流密度及含气率对沸腾换热的影响。     

板式换热器传热特性的数值模拟研究

以工业广泛使用的板式换热器为研究对象,模拟了人字型波纹板片组成的冷热双流体通道的流动和换热,分析了板式换热器流道内的速度场、温度场和压力场,研究了波纹板片的几何参数对传热特性的影响规律。