模块式微热光电系统冷却通道内流动换热特性研究

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1、模块式微热光电系统冷却通道内流动换热特性研究StudyofFlowandheattransfercharacteristicsinmicrochannelsoftheMTPVsystems2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结

2、果由本人承担。学位论文作者签名：陆寻)。弹年‘月1)日江苏大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于不保密学位论文作者签名：f毛军工口／牛年‘月I多日1，。(肇焉鬻：獬劬(中年6月m八J江苏大学硕士学位论文摘要近年来，微机电系统(MEMS)发展迅速，模块式微热光电系统凭

3、借结构简单、能量转换效率高、便于装配等特点越发引起人们的关注。然而，其内部核心部件之一热光伏电池的散热问题一直制约着它的发展。本课题选用微通道散热器对其进行冷却。但是微尺度下流体流动换热机理尚不明确。本文对微通道内流动换热特性进行数值模拟计算和分析，探索微通道内换热机理。本研究为新型微热光电系统的设计和优化提供理论依据，具有重要现实意义。以矩形微通道为研究对象，利用UDF自定义函数实现微通道内流体物性随温度改变和不均匀热边界条件，建立了基于表面粗糙单元形状的PML模型，研究表面粗糙度、温粘关系等微尺度效应对微通道流动和换热的影响。结

4、果分析表明：(1)壁面粗糙度对微通道内流动换热影响很大，假设壁面光滑已无法真实模拟微通道内的流动换热。当Re=100，n'_0．2mm，相对粗糙度s／H≥1％的微通道不能忽略粗糙度的影响。(2)流体粘度随温度变化对流动泊肃叶数Po的影响不能忽略，温度升高后，粘度减小，导致流动泊肃叶数沿轴向减小。粘性耗散作用对入口处附近传热的影响不能忽略。(3)相同条件下，非均匀热流密度时微通道充分发展段泊肃叶数Po和努赛尔数Nu，均与均匀热流密度下的模拟结果相差约12％。因此，在建立微通道数值模型时，应考虑以上几点因素的影响。基于连续介质的方法建立

5、了微通道内单相流动换热数值模型，通过与相同模型的实验结果比较，验证了模型的准确性。讨论了壁面厚度、截面宽高比、当量直径、和Re数等因素对通道流动换热的影响，比较了不同形状通道的流动和传热的优劣。研究发现：在一定范围内增加微通道散热器受热壁面的厚度可提高温度均匀性。微通道的换热系数随着截面宽高比的增大而减弱，入口流速增大能提高通道散热性能和减小流动阻力。通道当量直径与流动阻力系数成反比。与矩形和棒束状微冷却通道相比，圆形冷却通道的微热光电系统热效率最高。选用VOF模型模拟了微通道内气液两相沸腾流动换热。利用UDF实现了工质相变、沸腾段

6、对流换热关联式的导入和表面张力的设置。结果验证了其他学者发现的流型：泡状流和段塞流：在冷却工质沸腾初期，流动换热以泡状流为主，而气泡聚集增大到一定程度时，流型变为段塞流。增大壁面热密度和较小通道入口流速均能使沸腾起始点提前。在从单相对流区域到两相流动区的过渡过程中，沿壁面的换热系数呈明显增加趋势。而且，减小截面宽高比可以有效提高两相流动的换热效率。模块式微热光电系统冷却通道内流动换热特性研究本课题得到了国家自然科学基金(rio．51106067)和中国博士后科学基金(No2012M511212)的资助!关键词：微冷却通道，微尺度效应

7、，数值模拟，流动换热II江苏大学硕士学位论文AbstractInrecentyears，MicroElectronicMechanicalSystemshasdevelopedrapidly．Themicrothemophotovoltaicsystem(MTPVsystem)isdrawingmoreattentionwithsimplestructure，highenergyconversionefficiency,easytoassemblyandotherfeatures．However,astheinternalcorec

8、omponents，theproblemofphotovoltaicceilsofitsthermalheatdissipationhasrestricteditsdevelopment．Thetopicschoosemicro-ch