错流微型换热器内导热影响的模拟研究

摘要

对于传统换热器，流体通道横截面积比周围固体的横截面积大得多，因此固体内的平行于流体流动方向的导热可以忽略不计。而对于微型换热器，如本文研究的错流式微通道换热器（MCHE），流体通道水力学直径为毫米级，而固体材料厚度也是毫米级，这样的结构下固体内导热的作用会对换热器性能有显著的影响。
　　本文采用数值模拟的方法研究微型错流式换热器，固体的热传导及其对换热的影响规律。
　　在本研究中，以总包换热系数、等效热阻等物理量作为评价指标。主要模拟了以水和氦气两种换热介质的错流微型换热器，分析同排管心距，相邻管间距，固体材料，流体通道及管径等设计参数对导热的影响，给出了总包换热系数及等效热阻随设计参数的变化规律，在流体入口雷诺数较小的情况下，增加同排管心距，减小相邻管间距，选择热导率较小的固体材料，增大流体通道截面积与固体截面积的比值可以减弱导热，进而提高错流式微型换热器的总包换热系数，达到强化换热的目的。此外，借助等效热阻理论，分析了结构参数改变对换热过程不可逆程度的影响。
　　本文还提出了基于微型换热器操作、结构等参数的估算总包换热系数方法，并且定义了综合考虑流体内和固体内导热影响的导热影响系数M，可以用它来定量判断导热对微型换热器的影响能否被忽略。

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第一章 文献综述

1.1本课题的研究背景

1.2微型换热器内固体导热影响研究总结

1.3本文主要研究内容

第二章 数值模型与评价方法

2.1模拟对象

2.2数值模型的建立

2.3模型方程求解

2.4评价指标

第三章 错流式微型液体换热器模拟

3.1微型换热器固体表面及截面温度分布

3.2流体入口雷诺数操作参数对导热作用的影响

3.3结构参数对液体换热器内导热的影响

3.4模拟结果与实验结果比较与分析

3.5本章小结

第四章 错流式微型气体换热器模拟

4.1操作参数对导热作用的影响

4.2结构参数对气体换热器内导热的影响

4.3本章小结

第五章 微型换热器总包换热系数的估算方法

5.1估算导热影响下的总包换热系数

5.2估算方法应用到错流换热器

5.3导热影响系数估算方法的实验验证

5.4本章小结

第六章 结论

6.1本文结论

6.2今后工作展望

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢