Simulation Analysis of the Heat Transfer Performance of an N-type Microchannel Heat Exchanger

A microchannel heat exchanger with a triangular wave and symmetrical triangular wave structure was proposed in this paper. In addition, a new N-type microchannel heat exchanger was developed to balance the heat transfer performance and pressure drop. The relationship between different configurations of the N structure of the microchannel and the heat transfer performance was analyzed. The results showed that, at a high inlet flow rate, the symmetrical triangular wave microchannel had the best heat transfer performance, followed by the triangular wave microchannel and the straight channel. At the same flow rate, the degree of disturbance of the fluid was highest in the symmetrical N-structure microchannel, and an excellent heat transfer effect was observed.     

微通道中两相流压降与传质的研究

以氮气和水为实验体系,采用均质混合模型,研究微混合器的微通道中两相流通过微通道的压降,并测定了两相流的传质系数.结果表明,微通道当量直径为95.2 μm,气体速率为1.089～4.355 m/s,液体速率为0.006 41～0.170 90 m/s的条件下,均质混合模型计算压降值与实测值吻合良好.气速为1.633～3.484 m/s,液速为0.025 6 m/s时,随着气速增加,传质系数呈递增的趋势.气速为1.633～3.484 m/s,液速为0.019 2 m/s时,随着气速增加,传质系数先增加后降低然后再增加.传质系数对液速变化更为敏感.     

Trajectory modeling of gas–liquid flow in microchannels with stochastic differential equation and optical measurement

The numbering‐up of microchannel reactors definitely faces great challenge in uniformly distributing fluid flow in every channel, especially for multiphase systems. A model of stochastic differential equations (SDEs) is proposed based on the experimental data recorded by a long‐term optical measurement to well quantify the stochastic trajectories of gas bubbles and liquid slugs in parallel microchannels interconnected with two dichotomic distributors. The expectation and variance of each subflow rate are derived explicitly from the SDEs associated with the Fokker–Planck equation and solved numerically. A bifurcation in the trajectory is found using the original model, then a modification on interactions of feedback and crosstalk is introduced, the evolutions of subflow rates calculated by the modified model match well with experimental results. The established methodology is helpful for characterizing the flow uniformity and numbering‐up the microchannel reactors of multiphase system. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 4028–4034, 2015     

电场对竖直微槽润湿及毛细流动特性影响

竖直微槽群毛细结构广泛应用在重力热管、蒸发器等散热设备内,但受重力等因素影响易达到毛细极限。引入电场的主动强化方式来提高竖直微槽的毛细极限,并通过实验和建立数学模型研究电场对竖直微槽内液体润湿及毛细流动特性的影响。结果表明,电场可以提高竖直微槽内液体润湿高度,当电场为5.0 kV时与无电场时相比,润湿高度强化比可达到30.0%。同时,电场作用下流体在微槽道内的毛细润湿流动呈分段效应：润湿流动初期,润湿高度与时间的1/2次方呈线性关系,即h-t^1/2,润湿速率与润湿高度的倒数呈线性关系,即v-1/h;润湿流动中后期,润湿高度与时间的1/3次方呈线性关系,即h-t^1/3,润湿速率与润湿高度平方的倒数呈线性关系,即v-1/h²,且润湿速率随时间呈下降趋势。     

CO2-空气微通道蒸发器两相区熵产分析

微通道已成为换热器研究领域的热点,以CO₂微通道蒸发器为研究对象,建立了CO₂微通道蒸发器两相区内、外侧均有相变的熵产模型,通过建立的CO₂微通道蒸发器二维分布参数模型求解系统熵产数.分析CO₂与空气侧质量流率、空气入口温度及CO₂蒸发温度对系统熵产数的影响.结果表明:CO₂质量流率对系统熵产数影响很小;系统熵产数主要由CO₂与空气两侧温差传热引起;系统熵产数随空气入口温度的增大而增大,随CO₂的蒸发温度的增大而减小;随着空气质量流率的增大,系统熵产数增大,且蒸发温度越高,空气质量流率对系统熵产数的影响越大.     

电场对竖直矩形微槽群润湿及表面温度的影响

微槽群在热流密度较大时会达到其毛细极限,可通过主动换热方式之一——电水动力学效应对其进行强化。本文为了研究电场对微槽群表面润湿特性和温度分布的影响,采用平板电极提供电场,蒸馏水作为工质,使用高速相机拍摄微槽内液体润湿长度,测量误差为2.97%～7.46%;使用红外热像仪拍摄电场作用下微槽群表面温度分布,测量误差为2.1%～2.39%。热流密度测量误差范围是9.66%～11.11%。结果表明：电场通过驱动微槽内流体向加热区域流动而提升其润湿性能,且较低热流密度下提升更好。因润湿性能的提升,微槽表面温度得以下降。随着电场增强,微槽横向温度分布的“波峰”、“波谷”差别加大,微槽纵向温度明显降低。当热流密度加大时,温降更为显著,1.4W/cm²热流密度、6kV电压下温降可达到30℃以上。温降的增加反映了电场对微槽的强化润湿进一步提升了微槽换热性能,且电场对较高热流情形下的微槽换热有着更为显著的强化效果。     

CdSe@ZnS量子点荧光传感器在水体铜离子污染检测中的应用

使用微流控技术连续合成CdSe@ZnS核壳型量子点,并使用巯基丙酸对其进行表面改性,制备出可以被铜离子淬灭的水溶性CdSe@ZnS核壳型量子点。随后以聚乙烯醇（PVA）水凝胶为骨架,将改性后的量子点通过氢键作用力负载于骨架上,得到制备工艺简单、热稳定性高的复合荧光传感器件。该传感器的荧光强度随水溶液中铜离子浓度呈线性负相关关系,检测灵敏度可达20 μmol/L。其简便的操作和敏感的响应使之与原子吸收分光光度法形成优势互补,适用于水体铜离子污染的原位检测。该负载方法具有一定普适性,提供了将任意量子点制成器件应用于某种金属离子检测的新方式,实现了可回收的、环境友好的重金属离子快速检测目的。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

微通道内液-液两相流研究进展

从流型、传质和应用3个方面,介绍了近年来微通道内液-液两相流的研究进展。液-液两相流型研究内容主要有两部分,即流型的观察、流型谱图的绘制以及考察多种因素对流型的影响,但是具有普适性的流型谱图和流型转变线仍未提出。液-液两相传质研究方法包括实验研究和数值模拟两种,主要研究在液滴流、弹状流和平行流3种稳定流型下的传质过程;且相对于定性研究,定量的传质研究较少。对于微通道内液-液两相流应用研究,主要体现在萃取、材料合成、生物结晶等方面。此外,对今后微通道内液-液两相的流型、传质和应用研究进行了展望,指出需从实验与模拟计算相结合以及拓展微通道内液-液两相流的应用研究两个方面进行深入研究,推进其工业化进程。     

LIGA技术制作微反应器的研究

介绍了微反应器的基本原理，根据化学反应传质和传热的需求，对反应微管道的几何形状和尺寸进行了初步设计，并利用LIGA技术制作完成了一种用于催化反应的微反应器。