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错流微型换热器内导热影响的模拟研究

段宏悦  
【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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