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聚合物微型换热器传热机理研究

蒋金云  
【摘要】:随着微纳制造技术的不断发展,换热设备中对微小紧凑式微型换热器的需求也越来越多,微型换热器的应用不断浮出水面,成为学者们的研究热点。本文以聚合物材料微型换热器作为研究对象,利用换热性能测试系统以及FloEFD软件,完成了聚合物微型换热器的结构设计与数值模拟,得到聚合物微型换热器的流动及传热规律,用于指导实际设计和使用。 本文设计了一种聚合物微型换热器的换热性能测试实验台,包括实验工质回路和电气控制单元两个部分,换热性能测试系统中采用精密流、量计、精密压力表以及温度采集系统保证实验数据的准确性。实验测试段分为3个部分:塑料外壳、塑料进出口以及实验测试片(微槽道部分)。为了使得实验测试系统具有通用性,可以测试不同截面形状、结构微型换热器,以及确定材料特性对微型换热换热性能的影响,实验段中微槽道部分可以更换,其外部塑料外壳以及塑料进出口装置,均采用分体式金属铝制模具加工的方法。通过实验和模拟对比发现,此微型换热器换热性能测试实验台可以满足对微型换热器换热性能的评价要求。 利用FloEFD流体分析软件,就聚合物材料微型换热器的传热过程进行模拟计算,从截面形状、当量直径、开孔率、长径比以及高宽比几个方面得到聚合物微型换热器的流动特性曲线(Re-f),传热特性曲线(Re-Nu)并对不同微型换热器的换热性能进行了对比分析,为后续的深入研究提供参考依据。 按照模拟结果设计了聚合物微型换热器,利用空气和水进行换热研究。最后验证聚合物代替金属材料的可能性,并提出金属-聚合物复合型微型换热器的构思,并对其换热能力进行数值仿真。 本文创新之处主要有以下两点: (1)聚合物微型换热器的换热性能测试系统具有通用性,采用金属分体式模具制备以PP为材料的实验测试段的外壳和进出口。 (2)提出聚合物代替金属制造高性能微型换热器的可能性,并通过理论和数值分析,设计和研究了一种新型的金属-聚合物复合型微型换热器。


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