微通道中临界热流密度的实验研究.pdf

第39卷,总第225期2021年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.39,Sum.No.225Jan.2021,No.1　多孔微通道流动沸腾换热特性的实验研究张东辉,徐海洋,陈　一,王雷青,曹　薇,吴明发,周志平(江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏　镇江　212003)摘　要:本文通过实验的方法对烧结的多孔微通道和铜基微通道的沸腾换热性能和流动不稳定进行研究。

实验工质选用去离子水,采用的铜粉粒径分别为30μm、50μm、90μm,烧结底厚为200μm和400μm。

采取控制变量的方式,研究改变入口温度、铜粉粒径大小、入口流量对多孔微通道和铜基微通道换热性能的影响。

研究表明:多孔微通道最优的厚度粒径比在2~5之间,在此区间的多孔微通道可以提高沸腾传热的性能。

其中厚度粒径比为2和4的多孔微通道的最大换热系数是铜基微通道的换热系数的5倍。

多孔微通道相对于铜基微通道有更好的换热能力,有着较低的壁面温度。

关键词:换热;流动沸腾;两相流;铜基微通道;多孔微通道中图分类号:TK011 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2021)01-0020-06Experimental Study on Flow Boiling Heat Transfer Characteristicsof Porous MicrochannelsZHANG Dong-hui,XU Hai-yang,CHEN Yi,WANG Lei-qing,CAO Wei,WU Ming-fa,ZHOU Zhi-ping (School of Energy and Power Engineering,Jiangsu University of Science andTechnology,Zhenjiang212003,China)Abstract:In this paper,the boiling heat transfer performance and flow instability of sintered porous mi⁃crochannels and copper-based microchannels are studied through experiments.The experimental work⁃ing medium used deionized water,the particle size of the copper powder used was30μm,50μm,90μm,and the thickness of the sintered bottom was200μm and400μm.The method of controlling varia⁃bles was used to study the effect of changing the inlet temperature,copper particle size and inlet flow rate on the heat transfer performance of porous microchannels and copper-based microchannels.Studies have shown that the optimal thickness-to-diameter ratio of porous microchannels is between2~5,and por⁃ous microchannels in this interval can improve boiling heat transfer performance.The maximum heat transfer coefficient of porous microchannels with thickness-to-particle ratios of2and4is5times that of copper-based pared with copper-based microchannels,porous microchannels have better heat transfer capabilities and have lower wall temperatures.Key words:heat transfer;flow boiling;two-phase flow;porous microchannels收稿日期　2019-09-17 修订稿日期　2020-04-20基金项目:江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX19_1701)作者简介:张东辉(1970-),男,博士后,副教授,微尺度两相流换热。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期微小通道内超临界R134a 流动传热特性张巧玲1，马祖浩1，于子元2，刘梓俊1，黄铋匀1，杨振东1，马浩然1（1 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；2青岛沃柏斯智能实验科技有限公司，山东 青岛 266100）摘要：超临界有机朗肯循环（supercritical organic Rankine cycle ，SORC ）是回收中低品位能源较理想的新型动力循环技术之一，而超临界有机工质的传热特性严重影响了系统能效，目前已成为制约有机朗肯循环技术向前发展的瓶颈。

基于此，本文实验研究了超临界R134a 在2mm 微小通道内的流动传热特性，参数范围为：热流密度60~120kW/(m 2·s)，质量流速800~3000kg/(m 2·s)，压力4.1~5.1MPa ，工质进口温度20~100℃，探讨了热流密度、质量流速、压力、流体焓值等参数对传热特性的影响规律。

结果表明，传热系数随流体温度的升高先增加后减小，随质量流速的增加而增加，随着热流密度和压力的增加而减小。

流体焓值在拟临界值附近出现压降平缓区。

根据实验数据拟合得到了微通道内R134a 的传热关联式，该关联式预测误差均在±10%之内，具有良好的预测精度。

关键词：微小通道；超临界R134a ；流动传热；有机朗肯循环；传热关联式中图分类号：TK124；TQ021 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）04-1667-09Convection heat transfer research of supercritical R134a inmini-channel of tubeZHANG Qiaoling 1，MA Zuhao 1，YU Ziyuan 2，LIU Zijun 1，HUANG Biyun 1，YANG Zhendong 1，MA Haoran 1(1 State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, Shaanxi, China; 2 Qingdao Wobes Intelligent Experiment Technology Co., Ltd., Qingdao 266100, Shandong, China)Abstract: The supercritical organic Rankine cycle (SORC) is an ideal new power cycle technology for recovering energy using supercritical organic Rankine cycle. The energy efficiency of the system is significantly affected by the SORC, the supercritical organic working medium, low grade energy recovery, and the heat transfer characteristics of the supercritical organic working medium. At present, it has become a bottleneck that restrict the development of organic Rankine cycle technology. To address this issue, the experimental studies were conducted on the flow heat transfer characteristics of supercritical R134a in a tiny channel with an inner diameter of 2mm). The parameters considered in the study were as follows: heat flux ranging from 60—120kW/(m 2·s), mass flow rate from 800—3000kg/(m 2·s), pressure from 4.1—5.1MPa, and working medium inlet temperature from 20—100℃. The effects of heat flow density, mass flow velocity, pressure and fluid temperature on the heat transfer characteristics were discussed. The results showed that the heat transfer coefficient initially increased and then decreased with the increase of fluid temperature. It also increased with the increase of研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1273收稿日期：2023-07-24；修改稿日期：2023-12-09。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着微纳科技的飞速发展，微管道中纳米流体的流动与传热研究已成为科研领域的热点之一。

微管道内流体的流动和传热行为直接关系到众多工程应用领域，如微电子冷却、生物医药传输、能源存储等。

而纳米流体的引入，由于其出色的热物理性质和导热性能，显著地提升了传统流体的传热效果。

本文将详细阐述微管道中纳米流体的流动特性和传热机理，旨在为相关研究提供理论基础和实践指导。

二、微管道中纳米流体的流动特性在微尺度下，纳米流体的流动特性与宏观尺度下的流体有所不同。

首先，由于纳米粒子的存在，纳米流体具有更高的粘度，这使得流动阻力增大。

然而，在微管道中，这种增大的阻力反而有助于提高流体的层流性，减少湍流的发生。

此外，纳米粒子的布朗运动也会对流动产生影响，使得流体在微管道中的流动更加复杂。

针对上述问题，我们采用分子动力学模拟和实验研究相结合的方法，对微管道中纳米流体的流动特性进行了深入探究。

研究结果表明，在一定的雷诺数范围内，纳米流体的流动表现出较好的层流性。

此外，随着纳米粒子浓度的增加，流动的阻力也会逐渐增大。

三、微管道中纳米流体的传热机理纳米流体在微管道中的传热机理主要涉及两个方面：一是纳米粒子的导热作用；二是流体与管道壁面的热交换。

由于纳米粒子具有较高的导热系数，它们在流体中能够有效地传递热量。

同时，在微尺度下，流体与管道壁面的热交换也更加迅速。

我们通过实验和数值模拟的方法，对微管道中纳米流体的传热性能进行了研究。

结果表明，在一定的流量和温度条件下，纳米流体的传热性能明显优于传统流体。

此外，我们还发现纳米粒子的浓度、粒径以及流体流动状态等因素都会对传热性能产生影响。

四、影响因素及优化策略影响微管道中纳米流体流动和传热的因素较多，主要包括纳米粒子的浓度、粒径、形状、表面电荷等。

此外，流体的流速、温度、压力等也会对流动和传热性能产生影响。

针对这些问题，我们可以采取一系列优化策略来提高纳米流体的性能。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着微纳科技的飞速发展，微管道中纳米流体的流动与传热研究逐渐成为科研领域的热点。

微管道由于其独特的小尺度效应，对流体流动及传热特性产生显著影响，尤其是在加入纳米粒子后形成的纳米流体，其热导率及流动性都得到显著增强，为许多领域如微电子冷却、生物医学、能源开发等提供了新的可能性。

本文将围绕微管道中纳米流体的流动及传热展开研究，分析其特性与影响。

二、微管道中纳米流体的流动特性在微管道中，纳米流体的流动特性与常规流体有着显著差异。

纳米流体的流动性增强主要源于纳米粒子的高导热性及流体的纳米尺度效应。

纳米粒子的加入可以有效地减小流体分子间的摩擦力，从而提高流体的流动性。

同时，在微管道中，由于尺度效应，流体的速度分布、流动状态等都受到较大影响。

2.1 速度分布与流动状态在微管道中，纳米流体的速度分布与常规流体有所不同。

由于纳米粒子的存在，流体在微管道中的流动更加均匀，速度梯度减小。

此外，纳米流体的非线性流动特性在微管道中表现得更为明显，对流体的传输效率及稳定性有着重要影响。

2.2 摩擦力与泵送功率由于纳米粒子的高导热性及良好的润滑性，纳米流体在微管道中的摩擦力减小，从而降低了泵送功率。

这为许多需要高效率、低能耗的领域提供了新的解决方案。

三、微管道中纳米流体的传热特性纳米流体的传热特性相较于常规流体有显著提高，这主要归因于纳米粒子的高导热性及纳米尺度的特殊效应。

在微管道中，这种优势更加明显。

3.1 热导率提升纳米粒子的加入可以显著提高流体的热导率，使流体在传热过程中具有更高的热传导能力。

此外，纳米粒子的布朗运动也能增强流体的热传导效果。

3.2 传热速度与效率由于微管道的特殊结构，纳米流体在其中的传热速度更快，传热效率更高。

同时，纳米流体的均匀流动性使得热量能够更快速地在流体中传递，降低温度梯度。

四、影响纳米流体流动及传热的因素影响微管道中纳米流体流动及传热的因素众多，包括纳米粒子的种类、浓度、粒子大小及形状、微管道的结构及尺寸等。

2017年第36卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3947·化 工 进展粗糙度对微细通道纳米流体临界热流密度（CHF ）和不稳定性的影响罗小平，李海燕（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510640）摘要：分别以去离子水和质量分数为0.3%的Al 2O 3-H 2O 纳米流体为实验工质，在水力直径为1.24mm 的矩形微细通道内进行饱和流动沸腾传热实验研究。

首先运用酸性抛光技术对矩形微细通道的壁面粗糙度进行处理，再采用SFS 法获得壁面粗糙度的显微图像，然后借助MATLAB 对图像进行灰度化处理，从而获得粗糙度分别为25.3、38.7、51.2的3种实验矩形微细通道。

对比研究了去离子水和0.3%Al 2O 3-H 2O （质量分数）纳米流体在饱和流动沸腾传热过程中不同壁面粗糙度对临界热流密度（CHF ）和纳米流体流动不稳定性的影响。

研究结果表明：相同工况下，0.3%Al 2O 3-H 2O 纳米流体的CHF 比去离子水可提高18.37%～226.28%；随着壁面粗糙度的增大，两种工质的CHF 均略有增大，但相比去离子水，0.3%Al 2O 3-H 2O 纳米流体CHF 随壁面粗糙度增大而增大的趋势更为明显；通过对大量实验数据综合评估分析，发现微细通道壁面粗糙度的增大会使微细通道内流体流动的不稳定性增大。

关键词：微细通道；纳米流体；表面粗糙度；临界热流密度；不稳定性中图分类号：TK124 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）11–3947–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0523Effect of surface roughness on nanofluid critical heat fluxes (CHF) inrectangular microchannels and instabilityLUO Xiaoping ，LI Haiyan（School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，Guangdong ，China ）Abstract ：Saturated flow boiling heat transfer in rectangular microchannels with a hydraulic diameter of 1.24mm was experimentally investigated. Deionized water and 0.3% Al 2O 3-H 2O nanofluid were selected respectively as the working fluids. Rectangular microchannels’ surface roughness was disposed firstly by acidic polishing process ，further sonic frequency system （SFS ） method was adopted to obtain the microscopic images of surface roughness ，and then these images were gray-scale processing by means of MATLAB. Accordingly ，three experimental rectangular microchannels whose surface roughness was 25.3、38.7 and 51.2 respectively were acquired. Contrastive study on the effect of different surface roughness on nanofluid critical heat fluxes （CHF ）and instability in the process of saturated flow boiling heat transfer of deionized water and 0.3%Al 2O 3-H 2O nanofluid was carried out. Results indicated that under the same experimental conditions ，the CHF of 0.3% Al 2O 3-H 2O nanofluid can be increased by 18.37%—226.28% than deionized water. With the increase of surface roughness ，the第一作者及联系人：罗小平（1967—），男，教授，主要从事微尺度相变传热研究。

《弯曲矩形微纳通道内的流体流动及其传热、传质问题的研究》篇一一、引言随着微纳科技的发展，微尺度下的流体流动、传热和传质问题逐渐成为科研领域的重要研究方向。

其中，弯曲矩形微纳通道内的流体流动特性及其相关的传热、传质问题，因其在实际应用中的广泛性和重要性，受到了广泛关注。

本文旨在研究弯曲矩形微纳通道内的流体流动规律，以及其传热、传质特性，为微纳尺度下的流体动力学和热质传递理论提供新的见解。

二、弯曲矩形微纳通道的流体流动研究2.1 流动模型与理论分析在微纳尺度下，流体流动受到表面效应、惯性效应等多种因素的影响。

对于弯曲矩形微纳通道，其流体流动受通道几何形状、尺寸、弯曲程度以及流体物性等因素的影响。

通过建立流动模型，运用Navier-Stokes方程等流体力学理论，可以分析流体在微纳通道内的流动状态。

2.2 实验方法与结果分析通过粒子图像测速技术（PIV）、显微镜观察等方法，可以获取微纳通道内流体流动的实时数据。

实验结果显示，在弯曲矩形微纳通道内，流体呈现出复杂的层流和湍流共存现象。

流体的速度分布、涡旋形成等特征在微纳尺度下具有明显的变化规律。

三、传热与传质问题的研究3.1 传热问题分析在弯曲矩形微纳通道内，流体的传热过程受流动状态、通道材料、热物性等因素的影响。

通过建立热传导模型，运用热力学理论，可以分析微纳通道内的热量传递过程。

实验结果显示，在微纳尺度下，热传导具有显著的增强效应，传热速率显著提高。

3.2 传质问题分析在弯曲矩形微纳通道内，流体的传质过程受扩散、对流等多种因素的影响。

通过建立传质模型，运用扩散理论等化学工程原理，可以分析微纳通道内的物质传递过程。

实验结果显示，在微纳尺度下，传质速率也得到显著提高。

四、影响因素与优化策略4.1 影响因素分析弯曲矩形微纳通道内的流体流动、传热和传质过程受多种因素影响，包括通道几何形状、尺寸、弯曲程度、流体物性、温度等。

这些因素相互影响，共同决定着微纳通道内的流体行为。