微通道换热器强化换热数值模拟

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1、密级：公开工学硕士学位论文微通道换热器强化换热数值模拟NumericalSimulationStudyofHeatTransferEnhancementinMicro-channelHeatExchanger培养单位：机械工程学院专业：供热、供燃气、通风及空调工程研究生：张林林指导教师：王兰副教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

2、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：__________关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：___________导师签名：日期：___________摘要随着半导体技术，微电子机械技术（缩写MEMS）等设备的快速发展，出现了大规

3、模乃至是超大规模的集成设备，设备的集成程度越高，单位面积上的发热量越大，严重影响了设备的工作性能以及工作寿命，越来越不能满足现代设备冷却散热的要求，因此产生了微通道换热器这一换热设备，为了使微通道换热器换热效率得到有效的强化，从微通道的几何结构和内部流动换热介质两方面入手，采用Fluent数值模拟研究方法研究不同流动介质（水和不同体积浓度的水基加三氧化二铝颗粒的纳米流体）在微通道内的流动阻力和换热特性。首先，选取单根不同截面微通道内流体层流状态下的流动与换热情况进行研究，对当量直径为0.1~0.4mm，长度为40mm，截面形状为正方形、梯形、正三角形共12种单微通道进行数值模拟研究，研究当

4、量直径、截面外形等几何参数等对流动工质（水）在微通道内的流动与换热特性的影响，得出努谢尔数Nu、摩擦阻力系数f、压降Δp等随雷诺数Re变化特性曲线，最后得到流动阻力较小、换热能力较强、泵功较小的单个微通道模型：当量直径为0.4mm的正方形截面类型的微通道。其次，为了更加全面分析微通道工作情况，将已得到的最佳结构和长度的单个微通道为基础，数值模拟研究微通道换热器模型内流体的流动与换热现象，在换热器结构参数基本尺寸（8mm×800μm×40mm）一定的条件下通过改变相邻微通道间的间距（选用三种间距：0.2mm、0.3mm、0.4mm），得到最佳的微通道结构模型：相邻微通道间隔Δd为0.4mm的

5、微通道换热器；在泵功允许的范围内，微通道换热器内流体工质的平均流速越大换热效果越强。最后，在微通道换热器研究的基础上，选取单个正方形截面微通道，其壁面厚度为0.2mm，当量直径为0.4mm，长为40mm，研究其内部流动工质（0%、0.1%、0.5%、1%的氧化铝纳米流体）的层流流动与传热特性，并得出如下结论：与纯水相比，水基氧化铝纳米流体可以使得微通道的换热本领加强，且换热效果随着体积分数的增长而加强；且氧化铝纳米流体的加入并不会导致微通道内流动摩擦阻力系数的过大增加。最后拟合出正方形截面微通道的Nu以及摩擦阻力系数f与各无量纲参数间的传热和流动关系式。关键词：数值模拟；纳米流体；强化换热

6、；微通道换热器AbstractWiththerapiddevelopmentofdevicessuchassemiconductortechnologyandmicro-electromechanicaltechnology(whichisabbreviatedasMEMS),large-scaleorlarger-scaleintegratedcircuitdeviceshaveemerged,andtheintegrationofdevicesisgettinghigherandhigher,resultinginanincreaseinheatoutputperunitareasev

7、ere,seriouslyaffectingtheworkingperformanceofequipmentandshorteningthelifeofequipment.Thetraditionalcoolingtechnologymoreandmorecan’tmeettherequirements,sothemicro-channelheatexchangercameintobeing.Inordertoenhan