微型多槽道平板热管传热特性分析及最大传热量预测

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30!m、50!m、90“m，烧结底厚为200“m a400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 Porout MicrocSanneltZHANG Dong-hui, XU Hal-yang,CHEN Yi, WANG Lei-qty,CAO Wei,WU Ming-fa, ZHOU Zhi-ping (SchocO of Eneray and Power Engineering,Jiangsu University of Science andTechnooogy,Zheneoang212003,Chona)Abstract:In this paper,Uie boiling heat transfer peEomiance and tow instability of sintered porous mi-caochanneosand coppea-based mocaochanneosaaesiudoed ihaough etpeaomenis.Theetpeaomeniaowoak-ongmedoum used deoonoaed waiea,ihepaaiocoesoaeoeihecoppeapowdeaused was30!m,50!m,90 !m,and iheihockne s oeihesonieaed bo i om was200!m and400!m.Themeihod oeconiao o ongeaaoa-boeswasused iosiudyihee e ecioechangongiheonoeiiempeaaiuae,coppeapaaiocoesoaeand onoeieoowaaie on iheheaiiaanseeapeaeoamanceoepoaousmocaochanneosand coppea-based mocaochanneos.Siudoeshaee shown ihaiiheopiomaoihockne s-io-doameieaaaioooepoaousmocaochanneososbeiween2〜5,and poa-ousmocaochanneoson ihosonieaeaocan ompaoeeboooongheaiiaanseeapeaeoamance.Thematomum heai iaanseeacoe e ocoenioepoaousmocaochanneoswoih ihockne s-io-paaiocoeaaioosoe2and4os5iomesihai oecoppea-based paaed woih coppea-based mocaochanneos,poaousmocaochanneos haeebe i eaheaiiaanseeacapaboooioesand haeeooweawa o iempeaaiuaes.Key wordt:heat transfer;tow boiling；two一phase tow;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°20・0引言1多孔微通道实验系统道沸腾换热是一种潜力的高热流密度器件散热方案，在走电器热量的时候，是流动沸腾的,该方法具有很多优点，比如工质需求量较低，传热较高等，效减小备体和重量。

第37卷,总第216期2019年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.216Jul.2019,No.4矩形和圆形槽道脉动热管传热性能的实验研究陈阳阳1,裴圣旺2,陈晓光3,谭建宇1(1.哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东威海264209;2.北京航天自动控制研究所,北京100039;3.河北宇天材料科技有限公司,河北保定072550)摘要:为了探讨不同截面形状的脉动热管在复杂工况下的传热性能,本文设计了矩形和圆形两种截面形状的脉动热管,采用对比实验的方法探究不同截面形状的脉动热管在水平、竖直工况下,不同功率对其传热性能的影响。

实验结果表明:水平工况下矩形脉动热管表面温度和最大温差均低于圆形管;随着功率负荷增加,两种脉动热管表面温度及最大温差均增大,在高功率区,圆形管最大温差明显高于矩形管;竖直工况相比于水平工况,脉动热管表面温度及最大温差均降低。

因此,矩形脉动热管相比于圆形脉动热管更适合在电子芯片散热领域中应用。

关键词:脉动热管;传热性能;水平工况;变负荷;竖直工况中图分类号:TK018文献标识码:A文章编号:1002-6339(2019)04-0291-05 Experimental Investigation on Heat Transfer Performance of Pulsating Heat Pipeswith Rectangular and Circular ChannelsCHEN Yang-yang1,PEI Sheng-wang2,CHEN Xiao-guang3,TAN Jian-yu1(1.School of New Energy,Harbin Institute of Technology,Weihai264209,China;2.Beijing Aerospace Automatic Control Institute,Beijing100039,China;3.Hebei Yutian Material Technology Co.,Ltd.,Baoding072550,China)Abstract:In order to investigate the heat transfer performance of pulsating heat pipes(PHPs)with differ⁃ent cross-section shapes under complex working conditions,this paper designs two types of PHPs with circular and rectangular cross-sections,using the methods of experiment and comparison to investigate the influence of different power on the heat transfer performance of PHPs with different cross-sections under horizontal and vertical conditions.The experimental results indicated that:the surface temperature and maximum temperature difference of the rectangular PHP are lower than the circular PHP under hori⁃zontal working conditions;as the power load increases,the surface temperature and the maximum temper⁃ature difference of the two PHPs increase,in high power region,the maximum temperature difference of circular PHP is obviously higher than that of rectangular PHP;the vertical working condition is compared with the horizontal working condition,the surface temperature and maximum temperature difference of which both decrease.Therefore,rectangular PHP is more suitable than circular PHP in the field of elec⁃tronic chip heat dissipation.Key words:pulsating heat pipes;heat transfer performance;horizontal condition;variable load;vertical condition收稿日期2019-04-06修订稿日期2019-05-12作者简介:陈阳阳(1994~),男,硕士研究生,主要研究方向为强化传热。

微通道换热器流动和传热特性的研究微通道换热器流动和传热特性的研究杨海明朱魁章张继宇杨萍(中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥230043)摘要：通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。

关键词：微通道换热器;流动特性;传热特性;实验模型1引言通道式换热器是利用传热学原理将热量从热流体传给冷流体的,冷热流体分别在固体壁面的两侧流过,热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。

由于它结构紧凑、体积小、换热效果好,已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。

然而随着现代科技水平的不断发展,被冷却的器件、设备其功能越来越强大,体积和重量越来越小,结构趋于复杂化,散热要求越来越苛刻,迫使采用通道式换热器的制冷器件向小型化、甚至微型化的方向发展,尤其是半导体激光器、T/R收发组件、微电子集成器件等电子仪器、设备对这方面的要求更高,于是微通道换热器(特别是微型节流制冷器MMR)的研制开发已迫切地提到了议事日程上来。

所谓微通道换热器即是采用拉丝或光刻等技术在金属、玻璃等基材上刻出几十至几百微米的细微槽道来构成换热器的壁面,再采用焊接或胶粘等方式形成封闭腔体来进行冷热流体的热交换,达到制冷的目的。

国外对微通道换热特性的研究较多,但主要是进行直线微通道换热器特性的研究,早期关于其流动问题的研究是在微型Joule-Thomson制冷技术中完成的,由美国斯坦福大学利特尔(W.A. Little)教授发明,采用现代半导体光刻加工技术, 在微晶玻璃薄片上刻出几微米到几十微米的细微直线槽道,并采用胶粘技术构成气流的微型换热器、节流元件和蒸发器,从而获得了一种结构新颖的微型平面节流制冷技术以及一定的成果和专利。

目前已经开发成微型制冷器,用于低温电子器件的冷却,产品照片如图3所示。

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。

Y形构形微通道流动换热特性的数值分析
Y形构形微通道流动换热特性的数值分析
针对矩形芯片提出了Y形构形微通道的芯片内部冷却结构,通过三维数值计算比较了Y形构形微通道与传统直微通道中的流体层流流动和换热特性,并对Y形构形微通道的重要结构参数进行了优化.研究表明:在相同对流换热面积和水利直径的条件下,Y形构形微通道具有比直微通道更高的传热效率和更低的进出口压降,可以满足高热负荷需求.在研究范围内通道级数为3级、分叉角度为60°、分支个数为2时,散热器的综合换热性能最好.以上结论为Y形构形微通道的结构设计提供了重要依据.
作者：徐国强王梦吴宏陶智 Xu Guoqiang Wang Meng Wu Hong Tao Zhi 作者单位：北京航空航天大学,航空发动机气动热力重点实验室,北京,100191 刊名：北京航空航天大学学报ISTIC EI PKU 英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2009 35(3) 分类号：V231.1 关键词：微通道散热器构形强化换热。

微流道内流体流动特性和传热性能研究微流道散热器的结构紧凑、比表面积大,因此散热效率高,可以满足电子芯片日益增长的散热需求,现已被广泛应用于微机电系统中。

微流道作为散热器内部介质输运的载体,研究其流动和传热性能对微流道散热器的结构设计和散热效率的提高具有重要意义。

由于微流道的尺寸在微米级,在宏观尺寸流道的研究中可以忽略的表面质量等因素对微流道内的性能会产生较大影响,必须加以考虑。

本文主要从微流道的表面粗糙度、表面微结构和流动介质三个方面开展流动性能和传热性能的研究。

首先,基于分形几何法,建立矩形微流道的内表面粗糙度模型。

采用微注塑成型法,制作多种尺寸的微流道,并采用共聚焦显微镜进行微流道底面粗糙度的测量,显示粗糙度尺度在微米级,与流道尺寸在同一数量级,因此粗糙度对微流道内流动和传热性能的影响不能被忽略;利用分形几何法,建立微流道内表面粗糙度模型,并与粗糙度的测量结果进行比较,误差在10%以内。

其次,研究微流道底面粗糙度对流动和传热性能的影响,揭示表面粗糙度与微流道内流动和传热性能参数的内在关系。

通过改变分形参数建立不同表面粗糙度的微流道模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究小雷诺数时流道尺寸、表面分形维数以及表面相对粗糙度对摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等微流道内流动和传热性能参数的影响。

结果表明,表面粗糙度可以提高微流道内的传热性能,并且粗糙度越大,流动性能越差、传热性能越好。

然后,研究微流道底面微结构对流动和传热性能的影响,揭示微结构参数与微流道内流动和传热性能参数之间的内在联系。

建立底面带有微结构的微流道三维模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究微结构的类型(立方体形、圆柱形、圆锥形)和高度(4-6μm)对微流道内的摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等流动和传热性能参数的影响。

结果表明,微结构的类型和高度均会影响流动和传热性能;随着微结构高度的增加,流动性能被削弱,传热性能被增强;立方体形、圆柱形、圆锥形微结构都能促进微流道内的传热性能,其中圆柱形微结构对传热性能的提升效果最优,在所研究工况下4μm高圆柱形微结构具有最优的水-热综合性能。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米流体作为一种新型的传热介质，因其高导热性、良好的稳定性和较大的比表面积等特性，在微管道流动与传热领域得到了广泛的研究和应用。

微管道中纳米流体的流动及传热研究，不仅有助于理解纳米流体在微观尺度下的流动规律和传热机制，还能为纳米流体的实际应用提供理论依据和技术支持。

二、微管道中纳米流体的流动特性1. 流动模型微管道中纳米流体的流动受多种因素影响，包括流体本身的物理性质、管道尺寸、形状以及流动条件等。

为了准确描述纳米流体在微管道中的流动特性，研究者们建立了多种流动模型。

这些模型主要基于纳米流体的导热系数、粘度等物理性质，以及微管道的几何尺寸和形状进行描述。

2. 流动特性分析在微管道中，纳米流体的流动特性主要表现为层流和湍流两种形式。

在层流状态下，纳米颗粒在流体中呈现有序排列，有利于提高传热效率。

而在湍流状态下，纳米颗粒的随机运动增强了流体与管道壁面的热量交换。

此外，纳米流体的粘度、表面张力等物理性质也会对流动特性产生影响。

三、微管道中纳米流体的传热特性1. 传热机制微管道中纳米流体的传热机制主要包括对流换热和导热。

对流换热主要发生在流体与管道壁面之间，而导热则主要发生在纳米颗粒之间以及纳米颗粒与流体之间的热量传递。

此外，纳米流体的高导热性和较大的比表面积也有助于提高传热效率。

2. 传热特性分析纳米流体的传热特性受多种因素影响，包括纳米颗粒的种类、浓度、大小以及形状，流体的物理性质（如导热系数、粘度等），以及微管道的几何尺寸和形状等。

通过实验和数值模拟等方法，研究者们发现纳米流体的传热性能在一定范围内随着纳米颗粒浓度的增加而提高，但当浓度过高时，纳米颗粒之间的团聚现象会降低传热效率。

四、研究方法及进展1. 实验研究实验研究是微管道中纳米流体流动及传热研究的重要手段。

通过搭建实验平台，研究者们可以观察纳米流体在微管道中的流动状态，测量传热性能等相关参数。

热管的换热原理及其换热计算一热管简介热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。

热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。

其结构如图所示：热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。

蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。

在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。

放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。

冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。

如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。

绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。

在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。

根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。

基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。

(1) 产品展示(2) 产品参数说明项目技术参数热管长度> 100mm主体材料铜管毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管工作介质冷媒设计工作温度30~200℃设计使用倾角> 5°传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值)传热功率测试原理测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入；2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)；3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。