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装有纵向涡流产生器的矩形微通道内的传热与流动的实验和模拟研究

作　者: 刘超
导　师: 黄素逸；邓治东
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程热物理
关键词: 传热摩擦因子微机电系统矩形微通道纵向涡流产生器
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对装有纵向涡流产生器的矩形微通道内的传热和流动进行了实验和数值研究。实验所用的工作介质为去离子水,雷诺数的跨度为170-1200.装有纵向涡流产生器的矩形微通道是由微机电制成工艺制造,其水力直径为187.5μm,高宽比为0.067,其种类分为不同的涡流产生器对数和不同的攻角角度。其实发现,加有涡流产生器的微通道的临界雷诺数要比未加涡流产生器的光滑微通道要低,大约在600⁷20之间。本次研究中所得的实验结果显示:与同尺寸的光滑的矩形微通道相比,装有纵向涡流产生器的矩形微通道的确能增强换热性能（对于层流,换热性能增强的比例为9-21%,而对于紊流,换热性能增强的比例为39-90%）;在强化传热的同时,加有纵向涡流产生器的微通道也会产生更大的压降,具体表现为在层流阶段会比光滑微通道大34-83%的压降,并且在紊流阶段会比光滑微通道大61-169%的微通道。G6通道（流道内有三对攻角为30°或150°的纵向涡流产生器）有最好的综合换热性能（在层流状态下,其综合换热系数为0.30;在紊流状态下,其综合换热系数为0.66）,这一综合换热系数的表示方法是强化传热比例与压降更加比例的比值(Φ_Nu /Φ_f)。对于数值模拟研究,本次模拟主要针对G1（5×30°）通道进行了传热和流动分析。数值模拟结果显示:纵向涡流产生器后面的低速回流区是流体与壁面热交换和流体之间热混合非常充分的区域;在此区域内同时有二位的横向漩涡和三维的纵向漩涡产生,由于是三个壁面同时加热的原因,横向漩涡也能在一定程度上加强流体与侧壁面的热交换,而纵向漩涡则随着入口处流体的质量流率增加而增强,在同一质量流率下,不同高度处的纵向漩涡表现出不同的强度趋势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-23
  1.1 研究意义  8
  1.2 国内外研究进展  8-22
  1.3 本文的工作  22-23
2 实验研究方法  23-32
  2.1 实验设计与流程  23-27
  2.2 微通道的阻力系数  27-28
  2.3 微通道中的传热  28
  2.4 误差分析  28-32
3 实验结果与讨论  32-43
  3.1 G3 通道（光滑的矩形微通道）实验结果的验证  32-34
  3.2 装有纵向涡流产生器的微通道的换热强化研究  34-38
  3.3 表面摩擦因子  38-39
  3.4 经验关联式  39-40
  3.5 综合换热性能  40-41
  3.6 本章小结  41-43
4 数值模拟方法  43-55
  4.1 研究方法  43-46
  4.2 边界条件  46-55
5 数值模拟结果  55-72
  5.1 数值计算区域  55-56
  5.2 数值模拟方法  56
  5.3 模型简化  56-58
  5.4 结果与讨论  58-72
6 总结与展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-84
附录A  84-87
附录B 作者攻读学位期间发表学术论文目录  87

装有纵向涡流产生器的矩形微通道内的传热与流动的实验和模拟研究

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