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液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究

液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究
液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究

第35卷 第5期 2001年5月

西 安 交 通 大 学 学 报

JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITY

 Vol.35 №5

May2001

文章编号:0253-987X(2001)05Ο0450Ο05

液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究

孙淑凤,吴裕远

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

摘要:对液氮在0.5~1.5mm狭缝通道内受迫流动沸腾换热的情况进行了研究.实验结果表明:液氮在弦月形狭缝通道中的受迫流动沸腾换热系数是传统大直径光管池沸腾的3~5倍;与热虹吸狭缝通道内沸腾传热相比,当热流密度高于10kW/m2时,受迫流动沸腾在换热温差和换热系数两方面有明显优势;液氮受迫流动沸腾换热系数随质量流速的增加而增加,随热流密度增加的趋势更为显著;狭缝间隙尺寸减小,换热效果增强.弦月形通道与环缝通道相比,在相同的条件下,弦月形通道显示出更好的换热效果.

关键词:受迫流动;传热系数;狭缝通道

中图分类号:T K124 文献标识码:A

Experimental Studies on the Boiling H eat T ransfer Performance of a Forced Liquid Nitrogen Flow in N arrow Channel

S un S huf eng,W u Y uyuan

(School of Energy and Power Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)

Abstract:It was shown in our experiment that boiling heat transfer coefficient of forced liquid nitro2 gen flow in lunate channel is3~5times larger than that in smooth tube.The forced boiling flow in narrow channel can transfer more heat compared with thermosyphon flow in the heat flux range over 10kW per square meters.The heat transfer coefficient shows strong dependence on heat flux and in2 creases with increasing heat flux.But its dependence on mass flux is weak.Boiling heat transfer of ni2 trogen in narrow channel increases with decreasing of gap size of the narrow channel.Under the same experimental condition,boiling heat transfer of nitrogen in lunate narrow channel performs better than that in circular narrow channel.

K eyw ords:f orced f low;heat t ransf er coef f icient;narrow channel

狭缝强化传热是一种新兴的强化传热技术,它具有温差小、传热效率高的特点.狭缝结构紧凑,不需要复杂的表面加工和处理,在通道内高速流体的冲刷下,不易在传热表面产生杂质沉淀而使强化传热作用失效.因此,它是一种既经济又有效的强化沸腾传热方法,已受到各国学者的重视[1~3].然而,迄今为止,人们对狭缝内受迫流动沸腾的研究还很不完善,特别是液氮在弦月型通道内受迫流动沸腾换热的研究未见报道.为了深入了解液氮在弦月型通道内受迫流动沸腾换热的情况,针对空分装置中

收稿日期:2000Ο08Ο06. 作者简介:孙淑凤(1966~),女,博士,现为清华大学博士后;吴裕远(联系人),男,教授,博士生导师. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59376282).

的核心部件———冷凝蒸发器的强化传热问题,进行了实验研究.

1 实验系统

实验系统如图1所示.该实验系统由液体泵送系统、加热系统和测量与数据采集系统组成.液体泵送系统由金属真空杜瓦、液氮泵、试件、调节阀等组成.液氮由液氮泵从金属真空杜瓦打入循环系统,经过过滤器进入试件,旁路和阀门用以控制流量,液氮经过试件以后回到金属真空杜瓦,管外用石棉绳等材料保温.加热系统由自耦式调压器和加热丝组成.数据的测量包括温度、压力、流量、

加热功率等.数据的采集用英国Schlumberger 公司生产的IMP 分布式数据采集系统.除加热功率外,数据记录用微机实施.

试件结构如图2所示.将两根紫铜管套置,在两端接触线处用螺栓紧固,形成弦月形狭缝通道,其特性尺寸是外管内半径与内管外半径之差.在外管壁

1:过滤器;2:流量计;3:IMP ;4:计算机;5:调压器;

6:试件;7:金属真空杜瓦;8:液氮泵

图1 实验系统图

图2 试件结构示意图

面上沿最大间隙母线处均匀布置5支热电偶,用来测量管壁温度.铜Ο康铜热电偶预先经过低温标定,焊接在管壁上.为了测量试件周向的温度变化,在试件的中间截面上沿周向均匀布置了6支热电偶.流体的加热采用外管加热,即在外管上以无感双绕法缠绕经绝缘后的加热丝,用以加热通道内的低温流体.试件外部用绝热材料保温.该绝热材料由泡沫塑料颗粒与DW -4低温胶以60∶1的体积比混合而成.在低温下,它有良好的绝热性能[4],在77.35K 时,导热系数约为0.022W/(m ?K ).

2 实验结果及分析

对4种不同结构参数的实验段(见表1)进行了受迫流动沸腾换热的实验研究.通过大量实验,考察了流动方向、质量流速和结构尺寸对流动沸腾换热的影响.

表1 实验段结构参数

试件

外管直径/mm 厚度/mm 内管

直径/mm 厚度/mm

形状122 1.019 1.0弦月形225 1.520 1.0弦月形325 1.519 1.0弦月形4

25

1.5

20

1.0

环形

2.1 狭缝沸腾换热的强化特性

图3给出了弦月形狭缝通道中液氮受迫流动的

沸腾传热曲线,同时也给出了文献[5]中直径为25mm 、长为530mm 的光管池沸腾的传热曲线.从图3可以看出,弦月形通道具有很高的沸腾换热系数.通过比较发现,在热流密度为2~10kW/m 2的范围内,弦月形通道的沸腾换热系数是光管的3~5倍以上.这是因为在狭缝通道内,单位体积的流体有很大的受热面积,且边界层较薄,加上弦月形通道的尖角处起了人工气化核心的作用,所以液体核化所需的壁面过热度较小.即使在小热流密度下,通道中也会产生大量的气泡,这些气泡在形成、生长及脱离过程中,受到狭缝两侧壁面的挤压严重变形而呈扁平状,使得气泡底部与壁面之间的液膜厚度减薄,从而使沸腾换热的传热热阻大大减小,同时液膜与加热表面之间的接触面积和接触时间也增大,使液膜蒸发率增大.这些作用使得弦月形狭缝通道内的沸腾换热性能大大增强.

1

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(a )

热流密度与温差的关系

(b )换热系数与热流密度的关系

图3 弦月形通道内液氮沸腾换热曲线

为了比较弦月形通道内受迫流动沸腾和热虹吸流动沸腾的差异,图3还给出了文献[5]中间隙为0.5mm 、长度为800mm 的试件的热虹吸沸腾换热

曲线.从图3可以看出,在中等热流密度下,热虹吸和受迫流动沸腾的换热强度接近.在热流密度为4~5kW/m 2的范围内,热虹吸流动沸腾出现温差随热流密度的增加而减小的传热亢进现象,而在受迫流动沸腾时,没有明显发现这一现象.当热流密度大于10kW/m 2时,热虹吸流动沸腾出现传热恶化,使温差增大,换热系数下降,而受迫流动沸腾在高热流密度下仍有很好的换热性能.这是由于热虹吸流动沸腾的驱动力是通道内外的液体静压差,热虹吸流率也很小,在高热流密度下,通道内的流体很容易蒸干,传热出现恶化.在受迫流动沸腾时,通道内有较高的质量流速,能够加热壁面,使其保持很好的润湿而不发生蒸干.可见,弦月形狭缝通道内受迫流动沸腾不仅有较高的传热系数,而且临界热流密度也比热虹吸流动沸腾有所提高,所以有明显的强化换热作用.

2.2 质量流速对沸腾换热的影响

图4、图5分别给出了试件2、3在不同质量流

速下,弦月形通道内的受迫流动沸腾曲线.从图4、

图5可以看出,在相同的热流密度下,随着质量流速的增加,壁面过热度有所减小,换热系数稍有增加,换热系数h 与质量流速G 的0.15~0.31次方成比例.在实验范围内,由于流体干度较小,所以流型为泡状流、弹状流和环状流,随着流量的增加,流速增加,对流换热有一定增强.但是,从狭缝通道沸腾换热的机理分析,微膜蒸发是主要的换热机理,热量的传递大部分是由于液膜的蒸发,而微膜蒸发的强度由附壁液膜层的厚度决定,附壁液膜层的厚度却主要是与狭缝尺寸有关,因此又决定了质量流速的增加不会对换热产生很大的作用

.

图4 质量流速对试件2

受迫流动沸腾的影响

图5 质量流速对试件3受迫流动沸腾的影响

2.3 流动方向的影响

图6示出了流动方向对沸腾换热的影响.从图

6可以看出,当热流密度相同时,上升流动比下降流动的沸腾换热温差小,换热效果好.一般情况下,当其他条件相同时,垂直下降流中气泡脱离壁面的半径大于垂直上升流中气泡的脱离半径.只有当主流速度很高时,二者的气泡脱离半径才相等.如果加热条件、壁面状况及工质情况等一定,则壁面上气泡成

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核及生长的速率基本上也是一定的,而上升流中气泡脱离半径小,就意味着气泡脱离频率快,即单位时间内带走的热量就多,传热系数就大.

2.4 间隙尺寸的影响

狭缝通道具有强化换热的作用,这一结论已经被多位研究者所证实.狭缝沸腾换热之所以具有强化特性,与狭缝中的沸腾空间狭小直接有关.可以预见,间隙尺寸将对狭窄空间的沸腾换热产生强烈的影响.

从图3~图5的比较可以得出结论,狭缝间隙减小,沸腾换热得到强化.随着间隙尺寸的减小,附壁微液膜厚度变薄,传热热阻减小,微膜蒸发机理得到了有效的发挥,沸腾换热强度得到提高.

2.5 狭缝形状的影响

对于圆形通道和同心环缝通道内流体的沸腾,其横截面上各处的核化点以及液体的核化和流动特性具有一致性.对于弦月形通道,由于其特殊的偏心几何特性,在其尖角处实际上起到了人工气化核心的作用,该处相对有更薄的液体厚度、更大的过热度,气泡最容易在该区产生,因此弦月形通道内沸腾换热的性能会有所不同.一方面,由于尖角处的空间极其狭小,气泡的生长受到严重限制;另一方面,气泡在生长及脱离过程中,不断向空间大的地方运动,形成二次流动.这种二次流动也会使换热得到增强.为了比较弦月形通道与环形通道内沸腾换热的不同,制作了试件4,它与试件2具有相同的内管和外管,仅仅是内外管放置的相对位置不同.图7给出了2种形状的狭缝通道沸腾换热系数的比较.由图7可见,弦月形通道有更好的换热效果.

2.6 热流密度方向的影响

在池沸腾过程中,热流密度升高时的沸腾换热曲线与热流密度降低时的沸腾换热曲线不重合,即存在沸腾迟滞现象.在本文的实验中没有发现沸腾迟滞现象,热流密度增加和减小的方向对换热几乎没有影响.

2.7 热流密度对换热系数的影响

从图3~图5可以看出,热流密度对换热系数有较大的影响,其关系可用指数形式表示为

h=αq0.45~0.51

式中:α为比例系数.

2.8 实验关联式

从已有的传热理论研究来看,目前还没有一个适合狭缝情况的理论模型.由于狭缝通道内的沸腾强化换热的传热机理相当复杂,

要获得完善的理论

G≈900kg/(m2?s)

图6 流动方向对试件2

沸腾换热的影响

图7 通道形状对沸腾换热系数的影响

分析结果相当困难.因此,根据实验结果总结出的具有一定精度的传热关联式,仍具有较大的工程应用价值.

对实验数据点采用多元线性回归后,得到狭缝通道内沸腾换热的实验关联式为

h=32.01q0.4816G0.1719δ-0.1523(1)

上式的相关系数为0.87,平均标准偏差为1.59%. 3 结 论

(1)狭缝通道受迫流动沸腾换热具有强化沸腾换热的作用.液氮在弦月形狭缝通道中的沸腾换热系数是传统大直径光管池沸腾的3~5倍.受迫流动沸腾与传统的热虹吸狭缝沸腾相比,临界热流密度有所提高.

(2)在受迫流动沸腾情况下,沸腾换热系数随质量流速的增加而稍有增加,近似关系为:h=αG0.15~0.31(α为比例系数).沸腾换热系数随热流密度的增加而增加较大,近似关系为:h=αq0.45~0.51(α为比例系数).

(3)狭缝通道的间隙尺寸对流体的流动沸腾换

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第5期 孙淑凤,等:液氮在狭缝通道内受迫流动沸腾换热的实验研究

热曲线和沸腾换热系数有影响,狭缝间隙尺寸减小,换热效果增强.在相同的实验条件下,弦月形通道比环形通道有更好的换热效果.

(4)根据实验结果得到了具有一定精度的关联式:h=32.01q0.4816G0.1719δ-0.1523.

参考文献:

[1] Aoki S,Inoue A,Aritomi M,et al.Experimental study

on the boiling phenomena within a narrow gap[J].Int J

Heat Mass Transfer,1982,25(7):985~990.

[2] Guo T W,Zhu T Y.Experiment research on the en2

hancement of boiling heat transfer of liquid Helium in

narrow channel[J].Cryogenics,1997,37(2):67~70.

[3] Fujita Y,Ohta H,Uchida S,et al.Nucleate boiling heat

transfer and critical heat flux in a narrow space between rectangular surfaces[J].Int J Heat Mass Transfer, 1988,31(2):229~239.

[4] 杜建通.饱和液氮在矩形窄通道的池沸腾传热的实验

研究[D].西安:西安交通大学能源与动力工程学院, 1989.

[5] 李世岗.狭窄通道内低温气液两相流体流动及沸腾换

热强化的研究[D].西安:西安交通大学能源与动力工程学院,1999.

(编辑 王焕雪)

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微通道换热器研究进展

微通道换热器研究进展 更新时间:2011-06-13 13:53:26 微通道换热器研究进展 钟毅尹建成潘晟旻 (昆明理工大学) 摘要:从微通道换热器的发展历史出发,介绍其制造方式、结构和材料,重点介绍对微通道换热器发展和降低成本有重要影响的全铝微通道管材成形加工技术。对微通道传热的特征进行述评,从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现微通道换热器的应用前景。 关键词:微通道;换热器;传热特性;压力降;空调;制冷 10~50mm, 3~10mm,0.6~2mm,10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 1 微通道换热器的发展历程 微通道换热器(见图1[1-2])的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981 年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展, 10~1 000μm通道所构成的微尺寸换热器。1986年Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到 7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实

际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行[3]。 在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用,已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1 300倍[4]),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势[5],若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高[6],在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面,当流道尺寸小于3mm时,气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸,通道越小, 0.5~1mm时,对流换热系数可增大50%~100%。将这种强化传热技术用于空调换热器,适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施,预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。 与最高效的常规换热器相比,空调器的微通道换热效率可望提高

气液两相流和沸腾传热.pdf0

第一章绪论 第一节两相流及其定义 异质物体或系统中,各存在分界面的独文物质称之为相。众所周知,自然界常见酌物质有三相,即固相+液相和气相。因此,由任意两种存在分界试坤独物质组成【十体或系统 都称之,为两相物体或两相表统。树如,水和己的撮合物为一种两相物体,因为水和卸:都是存 在分界面的独立物质。但是,'盐水浴液是一种单相物体,田为在此溶液中盐和水之间无分界 面,盐和水不居两种独立存在的物质。 两相物体的流动称为两相流。在两相城中,两相之闻不仅存在分界面,面且进一公界面是随者派动在不断变化的。因此,两相觥可定义为存在变动外界面的两种狡文物质组成的物体的 . 流动。气体和固体耦粒洇合物的流动为一种两相流,因为在此甜动表统中不仅存在两种独立 物质,而且这两种物质之间的分界面是随流动面变化的。 根据两相流的定义,可以将两相褓大致分为如下三类,气体和液体共同流动时气筱两相流,气体和固体耦】位共同流动的气团两相流·液体和固体解放共同流动的液固两相流。忱 外,两种不同组分液体的共同流动也届于两相流范辟, 本书主要讨论气液两相流的流体动力学和悦据传热问题。 气踺两相流根据物质组分的不同又可分为两种。由同一组分枸顶种相组成髀气液两相流称为单组分】液两相舐,例如由木鼓汽和水构成的两相硫。由不同组士的两种相组成肿气踺 两相硫称为】组公气液两相流,例如由空气卸水构成的气淹两相流。在不监生相变的流动过 程中,单组分两相流和】煳i分两相流适用同样的物理规铮,因而可通称为气液两相硫。 棣揖散热惜晚的不同,气密两相硫还可公为绝热气淹两相掀和有热弈换酌气密两相硫。 当存在热交投时,在单组分气筱两相部中伴随菹流动含线工质的相交。 两·相铈这一术语在本世纪30年代苜光出现于美国的一些研究生论文中。l945年,苏碟苜先将毡一来语应用于正式出版的学术刊物上。 莫+ 苏、银三国在本世纽20年代已''开始了气淹两相硫的研究工作,日本姑子即年代,我国在60年代也开始了这方面的研究工:,ff;·。' 总的来说,气被两相硫的研究历史较短,它是一门 年轻的大有发思前逮脾单科。 第二节气液两相流和传热学科的进展与工程的关系 气淹两相涨体的雅动工况在动力,化工、按酯、制冷、石油,冶金等工业中经徐迪到。 】这些工业的具有热弈换的设备中还存在两相硫体酌传热问题。例如,在核电站和火力发电 姑中的各种部聘管、各式气雅混合器,气液分离器、各种热交换鹊、楫饬, 化学反拉俊各, -I- PDF 文件使用”pdfFactory Pro 试用版本创建

微通道换热器前景

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微通道换热器-why

微通道换热器综述 1 前言 换热器工质通过的水力学直径从管片式的φ10-50mm,板式的φ3-10mm,不 μ,这既是现代微电子机械快断发展到小通道的φ0.6-2mm,微通道的φ10-600m 速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90 年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展,人们已经能够制造水力学μ通道所构成的微尺寸换热器。1986年,Cross和Ramshaw研直径φ10-1000m 制了印刷电路微尺寸换热器。体积换热系数达到7MW/(m3·K);1994年,Friedrich 和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/ ( m3·K);2001年,Jiang 等提出了微热管冷却系统的概念。该微冷却系统实际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行。在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用。已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1300倍),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势。若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高。在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面,当流道尺寸小于3mm时,气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸。通道越小,这种尺寸效应越明显。当管内径小到φ0.5-1mm 时,对流换热系数可增大50%-100%。将这种强化传热技术用于空调换热器,适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施,预计可有效增强空调换热器

微通道换热器的特性分析及应用

苏尚美,张亚男,成方园(山东大学能源与动力工程学院,山东250002) 摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.本文还讨论了工质的选择,微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景. 关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构 引言2O 世纪5O 年代末,著名的物理学家Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术的发展方向.换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油,化工,动力, 核能,冶金,船舶,交通,制冷,食品及制药等工业部门及国防工程中.其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位.如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标.器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效,更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生. 1 微通道发展简史 所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元.当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行,直观的分类是由Mehendale.s.s 提出的按其水力当量直径的尺寸来划分.通常含有将水力当量直径小于1mm 换热器称为微通道换热器. 早在二十世纪八十年代, 美国学者Tuckerman 和Pease 报道了一种如图 1 所示的微通道(Micro-channel) 换热结构.该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的"热障"问题. .随后Wu 和Little,Pfahler 等,Choi 等都对通道中的单相流进行了分析和研究.用于两种流体热交换的微通道换热器于1985 年由Swift 研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十. 美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O 年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等.卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH) 也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器. 图一微通道的基本结构 2 微通道中流体的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应. 2.1 微尺度效应 对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001 时(其中为分子的平均自由程, 为水力当量直径) ,流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响. 对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算.以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应) . 对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化.由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫.表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加,其影响程度在逐步减

强化沸腾传热的方法

沸腾传热强化技方法及比较 摘要针对强化沸腾传热方法,本文主要主要对粉末烧结法、喷涂法进行了介绍,分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。 关键词沸腾传热;强化传热;喷涂多孔表面;粉末多孔表面 Boiling heat transfer enhancement techniques and comparison Abstract:To the enhanced boiling heat transfer method, this paper mainly focuses on introducing the powder sintering method, spray method .analyzing the advantages and disadvantages of various methods, and comparing the various methods of heat transfer enhancement effect. Key words: Boiling heat transfer Heat transfer enhancement Spraying porous surface Powder porous surface 1 前言 在常规能源不断减少, 节约和有效使用能源的要求不断提高的形势下, 强化传热技术已经成为传热研究领域的一个重要课题. 强化传热研究, 特别是强化沸腾传热研究, 对提高能源的有效利用率, 新能源开发和高热负荷下材料的热保护等有重要意义. 目前强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。其中自20 世纪60 年代发展起来的多孔表面换热器以其高效沸腾换热、低温差沸腾、高临界热流密度和良好的反堵塞能力, 已成为一种工业应用前景广泛的换热装置。本文主要进行喷涂多孔表面、粉末多孔表面等沸腾传热研究, 分析了各种方法的优缺点, 并对各种方法的强化传热效果进行了比较。 2沸腾强化传热技术 对汽泡的成因和运动规律的研究是掌握沸腾原理和探讨沸腾传热强化方法的基础, 已有的研究表明, 影响汽泡状沸腾传热的主要因素有: ( 1) 流体特性参数的影响汽体压力增高能使汽化核心增多, 汽泡脱离频 率增大, 因而能使沸腾传热增强。流体与换热表面的接触角小, 则汽泡脱离频率增高, 因而能增强沸腾传热。 ( 2) 换热面特性的影响换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度都能影响沸腾传热的强弱。试验表明, 同一液体在抛光壁面上沸腾传热时, 其传热系数比在粗糙壁面上沸腾传热时低,这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。液体在新的换热面上沸腾时, 传热系数较高, 随着运行时间增长, 一部分汽化核心丧失了汽化能力, 于是传热系数逐渐下降到某一稳定值。传热面材料能否被液体湿润, 对传热系数也有相当影响, 同样条件下, 液体和材料特性组

沸腾传热

沸腾传热 开放分类:物理、热量 沸腾传热 boiling heat transfer 热量从壁面传给液体,使液体沸腾汽化的对流传热过程。化工生产中常用的蒸发器、再沸器和蒸气锅炉,都是通过沸腾传热来产生蒸气的。 类型按液体所处的空间位置,沸腾可以分为:①池内沸腾。又称大容器内沸腾。液体处于受热面一侧的较大空间中,依靠汽泡的扰动和自然对流而流动。如夹套加热釜中液体的沸腾。②管内沸腾。液体以一定流速流经加热管时所发生的沸腾现象。这时所生成的汽泡不能自由上浮,而是与液体混在一起,形成管内汽液两相流。如蒸发器加热管内溶液的沸腾。 机理沸腾传热与汽泡的产生和脱离密切相关。汽泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有汽化核心。这些条件是由汽泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。根据表面张力,可算出汽泡内的蒸气压力pv 为: 式中pe为周围液体的压力,忽略液柱静压时,即为饱和蒸气压ps;σ为汽液界面张力;R为汽泡半径。由于pv>ps,汽泡内蒸气的饱和温度Tv必然大于与ps对应的饱和温度Ts。汽泡周围的液体若要汽化进入汽泡,则它的温度Te必须大于或至少等于汽泡内蒸气的饱和温度,即Te≥Tv。从上式可知,当R=0时,pv将趋于无限大。因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生汽泡的,必须有汽化核心。加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气,都可作为汽化核心。紧贴这些核心的液体汽化后,形成汽泡并逐渐长大,然后脱离表面,接着又有新的汽泡形成。在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动,所以对同一种液体来说,沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700~51000W/(m2·K)。 沸腾曲线池内沸腾根据过热度(加热壁面温度TW与液体饱和温度Tm之差,ΔT=TW-Tm)的大小,分为泡核沸腾和膜状沸腾(见图)。当过热度很小时,传热取决于单相液体的自然对流。当过热度增大时,汽泡不断在壁面上产生,并在液体中上升和长大,这对液体对流起着显著作用,称为泡核沸腾。此阶段中传热分系数h,随ΔT增大而明显上升。当过热度超过某临界值时,汽泡大量产生,在壁面连结成汽膜,称为膜状沸腾。在此阶段初期,汽膜不稳定,随时破裂变成大汽泡,离开加热面。随过热度的增大,汽膜渐趋稳定。由于汽膜的热导率很低,使传热分系数下降。当过热度很大时,辐射传热起了重要作用,使传热分系数重新上升。由于泡核沸腾具有传热分系数大和壁温低的优点,故工业设备中的沸腾传热多在此状况下进行。 影响沸腾传热的因素影响沸腾传热过程的因素很多,包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度,尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。在泡核沸腾范围内,温度差越大,传热分系数也越大。加热壁面粗糙和能被液体润湿时,也能使传热分系数增大。据此,将细小金属颗粒沉积于金属板或管上,制成金属多孔表面,可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。

微通道换热器的探讨

微通道换热器的探讨 微通道换热器是近一两年提得比较多的新式换热器,它是指由0.05-0.1in.(1—2.5mm)厚,0.5-1 in.(12-25mm)宽,内部有许多0.5-1mm的微小通道的换热管组成的换热器。虽然这种换热器在汽车空调(单冷型)及水箱上已经使用了很多年,但是在家用和商用空调与制冷产品上的应用却不多,开利在它的风冷螺杆冷水机30XA系列上使用了微通道换热器作为冷凝器,改进如下: 1.换热量增加10%; 2.制冷剂充注减少30%; 3.风侧阻力减少50%。 现在微通道换热器的优点总结如下: 1.强化了传热,提高了传热效率; 2.缩小了换热器体积; 3.减小了制冷剂的充注; 4.空气侧阻力减小,所需风机,电机规格减小; 5.因为是全铝材料做成,成本下降(但因为没有规模效应,仅指材料成本,单个产品仍比同规格翅片管式贵) 6.有更好的抗腐蚀性; 7.管内压力损失小; 8.容易现场修补泄露点。 缺点如下: 1.对于蒸发器,分液是一个重要问题,现在还不能很好解决; 2.对于蒸发器,冷凝水的快速排出还没有很好解决,这又衍生出结霜化霜问题; 3.因为空气侧阻力减小,使气流的不均匀性更加恶化; 4.设计灵活性减小,如部分负荷,过冷管段的设计等。

微通道换热器作为冷凝器时,经过 实验研究: 1.体积可以缩小约25%; 2.制冷剂充注可以减小约 20%-40%; 3.换热效率提高约10% 对比测试: 原型机规格: KFR-72LW:制冷量:7200W;制冷剂:R22 充注量:2.3kg 制热量:8200W(10300W)电源:220C/50Hz 功率:2630W/2600W(电加热4700W)毛细管:OD2.5x630x3 从表1可以看出,整体结构比原来小了,因为测试是借用原型机结构,所以微通道换热器的设计是主要是从安装方面考虑大小,所以迎风面减速小并不多,但从换热面积减小可以看出结构比原来小了。从表2可以看出,因为对蒸发器的设计和应用还有一些问题,所以对于蒸发器使用微通道换热器效果并不比原来好,但对只使用微通道冷凝器的机组,性能有所改善,特别是制冷剂充注。 以下是另一组只更换冷凝器的测,:

沸腾换热计算式

沸腾换热计算式 沸腾换热计算式 (1)大容器饱和核态沸腾 前面的分析表明,影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数,而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。由于因素比较复杂,如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同,文献中提出的计算式分歧较大。在此仅介绍两种类型的计算式:一种是针对某一种液体的;另一种是广泛适用于各种液体的。当然,针对性强的计算式精确度往往较高。 对于水,米海耶夫推荐的在105~4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为 (3-4) 按q=h△t的关系,上式也可转换成 (3-5) 以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K) p:沸腾绝对压力,Pa; △t:壁面过热度,℃; q:热流密度,W/m2。 基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式: (3-6) 式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K); C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数; r:汽化潜热,J/kg; g:重力加速度,m/s2; Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l; μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s); ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3; γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m; s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=1.7。 由实验确定的C wl值见表3-1。

表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值 图3-5 铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式(3-6)的比较见图3-5。 式(3-6)还可以改写成为以下便于计算的形式: (3-7) 这里要着重指出两点: 1)式(3-6)实际上也是形如Nu=f(Re,Pr)或St=f(Re,Pr)的主则式。其中: 是以单位面积上的蒸汽质量流速q/r为特征速度的Re数;为特征长度,它正比于旗 袍脱离加热面时的直径。不难证明,r/c pl△t就是St数,其中Nu数也以为特征长度。 2)由于沸腾换热的复杂性,目前在各类对流换热的准则式中以沸腾换热准回式与实验数据的偏差程度最大。以图3-5所示情形为例,当已知△t计算q时,计算值与实验值的偏差可达±100%;而由于q~△t3,因而已知q计算△t时,则偏差可缩小到±33%左右。 对于制冷介质而言,以下的库珀(Cooper)公式目前得到教广泛的应用: (3-8) 式中,M r为液体的分子量;p r为对比压力(液体压力与该流体的临界压力之比);R p为表面平均粗糙度,μm(对一般工业用管材表面,R p为0.3~0.4μm);q为热流密度,W/m2;h的单位为W/(m2·K)。

高等传热学-相变-第4章

第四章 流动沸腾 液体在管道或回路中流动时,产生的沸腾现象称为流动沸腾。 这种流动可能是外力强制形成,也可能是回路内的流体的密度差引起的自然循环。由于流动沸腾中伴随着各种类型的汽液两相流动,所以比池内沸腾更复杂。目前还无法对流动沸腾过程进行解析求解,研究的途径主要是实验。 §4-1 流型与沸腾工况 流动沸腾的特点: 1). 由于管道的沿途加热和液体蒸发,汽液两相流的流型 会发生一系列的变化。 2). 随着容积流量的增大,流体逐步加速使压力降增大, 而引起系统压力的下降,饱和温度也随之降低,这反过来对流型和沸腾产生影响。 因此,对沿加热管的流动沸腾,需分段进行分析计算。 3). 工程上,加热管的配置有竖直和水平两种典型方式(倾 斜布置管道处于二者之间)。在这两种情况下的流动和沸腾特性有明显的差别,一般分开研究。

一、竖直管内流动沸腾的流型和换热工况 如图,是典型的竖直管内流动沸腾的流型和换热工况。 当单相流体从下部进入加热管后, ①一开始,加热壁上尚不具备成核条件,这时流动为单相流,换热工况为液体的单相对流换热(A区)。

②随着液体被加热,温度升高,逐步使壁面上的某些开始满足成核条件,开始出现小汽泡。当汽泡长大到一定尺寸后,脱离壁面进入主流,在汽泡刚开始产生的阶段,液体核心区的温度高低于对应的主流压力下的饱和温度,使脱离壁面而后的小汽泡很快在过冷的液体中凝结,加速液体升温,使换热增强。这时的换热工况为流动过冷沸腾,其流型是泡状流(B区)。 ③当液体的主流温度达到饱和温度后,进入主流的汽泡不再凝结,换热进入饱和沸腾工况。 ④随着液体中汽泡数量的不断增加,小汽泡之间发生碰撞与合并,开始出现较大的汽团或称弹状大汽泡,其流型由泡状流演变为弹状流动(仍为饱和沸腾)。 ⑤随着液体的进一步汽化,含汽量的增加,两相流型转变为环状流,即汽相在管中心区,而液相附着于管壁上。 ⑥随着液层的变薄,壁面上的沸腾逐渐被抑制,汽化转变为汽液分界面上的蒸发,换热工况由饱和沸腾逐步变为强制对流蒸发。 这时,若壁面温度很高或壁面热流密度很大,则从环状流可以一直演变为雾环状流和雾状流,或者以泡状流直接过 度到反环状流。 环状流与反环状流的区别与成因: a). 环状流发生在两相流干度(质量含汽率x大)较高的条件,(汽多),核心区以蒸汽夹带夜滴为主; b). 反环状流则发生在高热负荷低干度(x小)的条件下,在壁面上形成一层气膜,主流核心区则是液体。

微通道市场格局

家用空调领域微通道换热器的发展之路 2014/2/11 16:31:50 来源:产业在线ChinaIOL作者:孙静 微通道换热器应用广泛,除应用于家用空调和商用空调外,还应用于精密空调、大巴车、冷藏冷冻等领域。在家用空调方面,其换热器产品一直相对比较单一,以翅片式换热器为主。随着本世纪初,美国和韩国的一些人员和企业尝试微通道换热器在住宅空调器上的应用,逐渐引起国内外行业的重视,作为一个新产品,国外美国的Delph和York公司最早合作推出采用微通道换热器的住宅空调器产品;在国内,格力和三花丹佛斯公司合作在20 08年也推出了采用微通道换热器的新产品。 市场发展蜿蜒曲折 如今,在我国高效节能相关政策的推动下,高效、节能、环保已经成为空调整机市场的主流趋势,与整机发展关系比较密切的空调部件产品之一——换热器也不断发展升级,微通道换热器的发展也越来越受到业内关注,主要体现为其在空调系统中更高的换热效率,以及体积小、换热效率高、节省空间、节约冷媒、耐压等优势,被认为是一种技术发展趋势,并有望替代传统的翅片式换热器。然而,家用空调领域,微通道换热器的发展之路并非容易,仍面临许多困难需要逐步解决。 根据产业在线预计,2013年,微通道换热器在空调领域内销量130万套左右,同比2012年增长约8.6%。相对于快速增长的微通道出口市场来看,内销增幅并不明显,微通道内销市场没有迅速扩张,主要是受国内特定因素的制约。 图1 2012年-2013年国内微通道换热器销售规模 数据来源:产业在线单位:万套 制约因素一:制热技术尚待解决

目前微通道换热器在国内的发展仍处于起步阶段,在空调制热方面仍有问题,因此主要还是用在单冷式空调机上,在冷暖型空调上基本还没涉及,市场占比较小,成为制约其在空调市场发展的一大原因。因此,微通道在空调企业中的需求不大,分析其原因,国内单冷机一般用在广东等南方地区,随着经济条件不断好转,单冷机占比不断下滑,加上微通道在制热方面的技术问题还有待解决,因此微通道换热器目前主要应用在单冷空调出口机中,出口向以美洲、拉美、中东、印度等为主,尤其美国市场的单冷机越来越多。 从整机需求来看,除三星、LG两家外资企业需求量相对偏高外,目前,大部分国内企业的需求量还不大。不过,国内微通道换热器整体需求量虽然不大,每年都有增加,国内市场需求小幅增长,除了个别企业近两年相对谨慎保守,需求量有所下滑。另外,大部分整机企业多采用专业微通道厂家供货,尽管一些大的整机厂也都建了自己的微通道生产线,但多是技术储备为主,未来,随着微通道技术以及市场需求不断成熟,整机自供比例将快速提升,而现有的市场供给格局或将随之颠覆。 因此,微通道换热器国内销售市场发展并不容易,规模无法迅速扩张,主要困难之一便是应用市场需求空间有限,而其市场需求有限又主要是受制热技术限制,随着三花、康盛等企业都在对微通道换热器技术升级方面做出积极的探索,相信随着微通道换热器在制热技术上的突破,其在家用空调和中央空调市场的应用空间将更为广阔。 制约因素二:价格优势不明显 传统翅片式换热器先入为主,占据市场,新产品推广起来并不容易。微通道换热器虽然是未来发展趋势,但是国内市场短期来看,或将不会出现大幅增长,其发展一方面要看技术发展情况;另一方面要看铜价走势,如果铜价一直居高不下,那么必将刺激微通道换热器进一步发展。 从价格数据可以看出,一方面,铜价从2011年9月份开始持续偏低(详见:铜价走势图);另一方面,虽然铝价相对偏低(详见:铝价走势图),微通道换热器采用铝制材料,但其自身设计及对制造工艺较高的要求,使得微通道加工成本偏高,其与传统铜质换热器相比成本优势并不明显,市场售价甚至还高,一定程度上也制约了市场的推广。 铜价走势图:2008年至今铜现货期货月度均价走势对比

卧式螺旋管内过冷沸腾换热特性实验研究

第35卷第11期中国电机工程学报V ol.35 No.11 Jun. 5, 2015 2788 2015年6月5日Proceedings of the CSEE ?2015 Chin.Soc.for Elec.Eng. DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.11.017 文章编号:0258-8013 (2015) 11-2788-08 中图分类号:TK121 卧式螺旋管内过冷沸腾换热特性实验研究 孔令健,韩吉田,陈常念,逯国强,冀翠莲 (山东大学能源与动力工程学院,山东省济南市 250061) An Experimental Investigation on Subcooled Boiling Heat Transfer in a Horizontal Helical Coil KONG Lingjian, HAN Jitian, CHEN Changnian, LU Guoqiang, JI Cuilian (School of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong Province, China) ABSTRACT: The subcooled boiling heat transfer of R134a in a helical tube was experimentally investigated. The experiments were carried out at pressure ranging from 0.41 to 0.63MPa, subcooled from 6 to12℃, heat flux from 0.11 to 10.9 kW?m?2 and mass flux from 147 to 249kg?m?2?s?1. The wall temperature distribution of a horizontal helical coil was analyzed on the conditions of subcooled boiling. The experimental results indicate that the wall temperature distributions of the cross sections are non-uniform. The location of the cross section was found to has a significant impact on the transition from partial to fully developed subcooled flow boiling. The effects of the boiling heat flux, refrigerant mass flux, system pressure and inlet subcooling of R-134a on the coefficient of subcooled boiling heat transfer were explored in detail. The R134a subcooled flow boiling heat transfer coefficient increases with an increase in heat flux and system pressure. However, raising the inlet subcooling can cause a reduction on boiling heat transfer coefficient. Besides, the mass flux exhibits rather slight effects on heat transfer coefficient. The correlation of subcooled boiling heat transfer coefficient in horizontal helical coil was developed on the basis of regression analysis of experimental data. KEY WORDS: horizontal helical coil; subcooled boiling; wall temperature; heat transfer coefficient; correlation 摘要:在系统压力p=0.41~0.63MPa,过冷度ΔT sub=6~12℃,热流密度q=0.11~10.90kW?m?2,质量流量G=147~249kg?m?2?s?1的条件下,对卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾的换热特性进行了实验研究。分析过冷沸腾条件下螺旋管不同截面上的壁温分布表明:截面周向壁温呈现不均匀分布;螺旋管的截面位置对部分过冷沸腾向充分发展过冷沸腾的转变产生了很大影响。分析了各实验参数对充分发展过冷沸腾 基金项目:国家自然科学基金项目(51076084)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51076084). 换热系数的影响趋势:随着热流密度、系统压力的增大换热系数不断增大;但是,当入口过冷度增大时换热系数却在减小;质量流量对换热系数的影响并不明显。对实验数据进行回归分析,发展了适用于卧式螺旋管内充分发展过冷沸腾换热系数的关联式。 关键词:卧式螺旋管;过冷沸腾;壁面温度;换热系数;关联式 0 引言 过冷沸腾作为一种高效的换热手段,在核反应堆、发动机冷却水套、核潜艇动力系统以及超导体线圈冷却等方面有着广泛的应用[1-4]。如我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置(EAST装置),EAST 第一壁[5]中直接受到等离子体高温作用部件上的热流密度高达4MW?m?2。已有的冷却方法是将冷却水管与热沉通过钎焊的方法联接在一起,通过水的单相对流进行换热,但是随着运行参数的提高,单相换热已很难满足换热要求,必须采用过冷沸腾换热方式。 过冷流动沸腾传热是汽液两相流动与相变传热这两种复杂物理现象的耦合[6]。与饱和沸腾不同的是:过冷沸腾整体处于热力学不平衡状态。此时由壁面进入的热量不完全用于气液相变,部分热量将用于流体温度的提升。因此,研究过冷沸腾的特性与机理具有重要的意义。国内外学者对过冷沸腾已经进行了大量的研究[7-11]。在早期的研究中,Bergles[7]通过实验与理论分析计算相结合的方法对沸腾起始点和传热状况进行了研究,Levy[8]则通过理论分析建立了过冷沸腾中气相体积分数的计算模型,并通过实验数据验证了模型的准确性。Hong Gang[9]等通过实验对矩形窄通道在静态和起伏状态下过冷沸腾起始点进行了研究。研究结果表明:

微通道换热器的优势

微通道换热器的优势 MCHE:micro channel heat exchange(微通道换热器) 基于一系列的原因,我们确信未来属于MCHEs,在未来的五年,MCHEs的市场份额将会从3 % 上升到40%。 重量减轻68% 相比于F&T,MCHEs的重量要轻68%,差距如此大,是由于MCHEs的高传热系数性能,在同等的换热量下,能够设计成更小,更轻的机组,重量轻也就意味着更便于运输。 29%的价格优势 由于MCHEs能够做得更加紧凑,所以与F&T相比,MCHEs包含更少的金属。金属成份的减少也就意味着MCHEs能够更好地应对原材料的价格波动。 减少77%的内容积 微通道的扁管设计能够大幅增加传热性能,并且减少制冷剂充注。相比于F&T换热器,其内容积减少约77%。 减少的35%尺寸 轻巧的MCHEs设计意味着更少的换热器能够提供等效的换热性能。这种优势能够减少底盘尺寸及便于物流运输,相比于F&T,MCHEs能够减少35%体积。 减少50%的噪声 由于风阻的降低,MCHEs能降低50%的噪声—在家用空调应用中非常具有竞争优势。同样能节省风机的能耗。

100%的灵活设计度 客户能得到最大的灵活度设计方案,其能满足换热器尺寸和安装的要求。目前MCHEs的最大的尺寸达到1.5m x 4m,并且我们能提供一系列的安装附件来满足各种不同的安装要求。 更高的传热效率 MCHEs比F&Ts更能成功地解决换热性能与风侧换热效率的难题。它们提供更多的管路面积,紧密接触的扁管与翅片、同样紧密接触金属表面与环境空气的结构方式使换热器具有更高的传热效率。 钎焊式的扁管与翅片提高传热性能 翅片与管路存在间隙,传热效率会减弱。但在微通道换热器中,所有的部件都是钎焊在一起的,因此,翅片与扁管之间没有间隙,也意味着高传热效率。 容易清洗 对于F&T换热器,其灰尘和污垢非常难与清除;但是相于MCHEs来说,这是一种非常容易的事。 100%全铝结构 MCHES全铝结构,轻质金属,全铝结构能够防止发生F&T换热器翅片与铜管之间的之类的电腐蚀。由于是同一种金属,产品也易于回收。 低压阻性能 MCHE具有低压阻的性能,所以可以让你选择较小或较慢的风机,也能够减少能耗。或者你能使用同样的风机风量来提高换热能力。 引自:三花丹佛斯 https://www.doczj.com/doc/7212628819.html,

微通道换热器的特性分析及应用

微通道换热器的特性分析及应用 苏尚美,张亚男,成方园 (山东大学能源与动力工程学院,山东 250002) 摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数、高表面积—体积比、低传热温差、低流动阻力等特点。微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器。本文还讨论了工质的选择、微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景。 关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构 引言 2O世纪5O年代末,著名的物理学家Richard Feynman曾预言微型化是未来科学技术的发展方向。换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油、化工、动力、核能、冶金、船舶、交通、制冷、食品及制药等工业部门及国防工程中。其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位。如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标。器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效、更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生。 1 微通道发展简史 所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元。当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行、直观的分类是由Mehendale.s.s提出的按其水力当量直径的尺寸来划分。通常含有将水力当量直径小于1mm换热器称为微通道换热器。 早在二十世纪八十年代,美国学者Tuckerman和Pease报道了一种如图1所示的微通道(Micro-channel)换热结构。该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的“热障”问题。。随后Wu和Little、Pfahler等、Choi等都对通道中的单相流进行了分析和研究。用于两种流体热交换的微通道换热器于1985年由Swift研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十。美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等。卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH)也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器。 图一微通道的基本结构 2 微通道中流体的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应。 2.1微尺度效应 对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001时(其中为分子的平均自由程,为水力当量直径),流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响。 对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算。以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应)。 对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化。由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫。表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随

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