集成式微通道换热器理论和实验研究

摘要

相对于常规换热器而言，微通道换热器具有体积小及换热系数大的特点，因此成为近年来国内外的研究热点，除了在民用领域，在航空航天领域，随着系统热负荷逐年增加，尺寸和重量的限制越来越严，其可望成为未来主流的换热设备之一。
　　本文首先综述国内外微尺度换热器换热及蓄热研究进展，进而提出一种新型的集成式微通道换热器，并对集成式微通道换热器的流动换热和蓄热性能进行了理论和实验研究。所开展的具体工作和取得的主要研究成果有：
　　1.对微通道单元水-丙二醇流动换热进行了数学建模与理论分析，采用CFD方法分析了流动阻力、换热能力与水流量之间的关系。结果显示，集成式微通道换热器换热系数随流量增加，但是进出口压降也急剧增大。
　　2.建立了水-石蜡微通道蓄热单元和同心套管蓄热单元的二维物理模型，采用CFD方法研究了相变材料的温度及液相率随蓄热/放热时间变化。结果表明，与同心套管蓄热单元相比，微通道蓄热单元蓄热和放热过程稳定，蓄热/放热速率快，且水与石蜡的温差极小。
　　3.搭建流动换热特性实验台架，进行了水-水的换热实验，绘制了压力降、温度等随流量的变化曲线，与数值模拟结果对比显示，层流区流动换热的实验结果与数值模拟能较好吻合，在满足压力损失条件下，集成式微通道换热器换热能力远高于普通换热器。
　　4.在流动换热特性实验台架基础上，搭建了集成式微通道换热器蓄热实验台架，开展了水-石蜡的蓄热实验，并绘制了温度随时间的变化曲线，与数值模拟结果对比显示，在集成式微通道蓄热器中，相变材料和水的温度几乎是同步上升，接近理想传热状态，集成式微通道蓄热器换热效率很高。
　　本文研究成果可为集成式微通道换热器及蓄热器的设计、研制及在航空航天领域的应用提供初步理论支持。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微尺度换热和相变蓄热的国内外研究进展

1.3 集成式微通道换热器和研究难点

1.4本文主要内容

第二章 微通道换热器流动传热的数值模拟

2.1 数学建模

2.2求解设置

2.3模拟结果后处理与分析

2.4本章小结

第三章 集成式微通道换热器蓄热的数值模拟

3.1 数学建模

3.2 求解设置

3.3 模拟结果后处理与分析

3.4 本章小结

第四章 集成式微通道换热器性能实验研究

4.1 换热性能

4.2 蓄热性能

4.3本章小结

第五章 结论及展望

5.1 本文主要结论

5.2 本文创新点总结

5.3 未来工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文