复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析

微通道液体流动与传热是一个典型的不可逆过程,有必要减小传递过程中的不可逆损失大小,提高其有效利用程度,属于'质'的范畴。首先,根据热力学第一及第二定律,推导出了熵产率及热能传输系数,指出降低微通道热沉内液体温度梯度净值可以提高热能的有效利用程度;然后,基于前期的研究基础,设计出新型复杂结构微通道热沉,并模拟其三维流动与传热过程,对比分析微通道热沉结构的变化对熵产率及热能传输系数的影响,结果表明降低流体温度梯度的净值可以减少热能不可逆损失的大小,使热沉底面温度更均匀,有利于延长微电子器件的寿命;最后,由强化传热因子、熵产率及热能传输系数的定义指出用强化传热因子来评价微通道的综合传热性能更合理,而应该用熵产率及热能传输系数来评价能量的不可逆大小及利用程度。总之,热力学第一定律为微通道的综合传热性能提供了评价标准,而热力学第二定律指出了影响微通道内部强化传热的本质因素,二者相互联系,为微通道的优化设计提供热力学理论。

Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析

为了探究管内混合纳米流体单相对流传热性能,实验对比研究了雷诺数为1040~7086范围内体积分数为0.02%的Al_(2)O_(3)-CuO/水(W)混合纳米流体及其相应的一元纳米流体的流动与传热特性。结果表明,纳米颗粒的添加导致在过渡区雷诺数范围提前,在层流范围(1040<Re<1891)内,Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体的Nu数与去离子水相比分别最大增加了32.09%和38.38%;而CuO/W纳米流体由于团聚体尺寸大,流体向前驱动力不足以克服自重易沉积于管内壁,传热效果反而比水差。在紊流范围(4073<Re<7806)内,受向前驱动力及流体分子自身旋转的作用,纳米流体的传热性能明显高于纯水,且混合纳米流体的综合传热性能最佳。综合考虑综合传热性能与经济性因素,在层流与紊流区内最适用于实际工业生产的纳米流体分别为Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体。

扇形穴-梯形肋微通道散热器层流与传热特性

提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明:空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性地中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数(Re)为1 300时,强化传热因子为1.535 4,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。

声波作用下铜球传热特性实验

针对频率为500 Hz～3000 Hz和声压级为110 d B～133 d B的声场作用对铜球在空气中自然冷却的传热特性的影响,通过热电偶测温的方法,分析铜球温度梯度的分布与声场声压级、频率以及铜球直径的关系。结果表面,当频率f一定时,随着声压级的增加,铜球的传热效果得到明显增强,对于直径为5 mm的铜球,在133 d B声场中传热系数最大增加了25%。当声压级一定时,在频率范围中存在某一频率,此时铜球的传热系数最大,此特殊频率随着声压级的增大而增大。当铜球的直径为5 mm时,可以在低频段观测到声流效应的影响,而当铜球的直径为10 mm、15mm时,很难在低频段辨别出声流效应的影响。所得结论为声波应用于电站锅炉中,强化煤颗粒燃烧提供了依据。

强化冷凝管外侧制冷剂冷凝换热试验分析与新计算方法研究

对外径分别为1″和0.75″的强化冷凝管进行管外冷凝换热性能测试,引入冷凝管管外传热强化因子(h_(o-multiplier)),将其在常用热流密度范围内的平均值作为不同管型冷凝管管外换热系数的评价指标,并对该评价指标进行理论和试验对比分析。结果表明,该评价指标在常规工况条件下与测试值的偏差在±10%以内,满足工程设计要求。

不同截面形状超疏水微肋阵内对流换热特性

通过在圆形、菱形以及椭圆形微肋阵表面固化含有微纳米颗粒涂层制备超疏水微肋阵,并对不同截面形状超疏水微肋阵内流动与对流换热特性进行实验研究,测量得到了超疏水处理前后各截面形状微肋阵内流动阻力系数f以及Nusselt数。此外,通过计算超疏水微肋阵内的综合传热强化因子ε,定量分析了超疏水处理对不同截面形状微肋阵内流动与换热特性的综合影响。研究结果表明,超疏水处理后圆形、菱形、椭圆形微肋阵内摩擦阻力系数与未处理前相比最大可降低72%、66%、70%;同时,3种截面微肋阵内Nu有所降低,且疏水前后微肋阵Nu偏差随加热功率的增加逐渐减小,高加热功率下3种微肋阵超疏水处理前后Nu偏差最大分别不超过44%、17%、47%;高加热功率下超疏水菱形微肋阵在Re<1200范围内具有良好的综合传热强化性能,ε始终高于1.17。

太阳能电池冷却用微通道散热器内纳米流体换热特性

该文基于螺旋式微通道散热器,采用Mixture模型对菲涅尔高倍聚光下纳米流体冷却工质的换热特性进行了研究,并引入强化传热因子η来判定冷却工质的换热能效,结果表明:雷诺数相同时,与蒸馏水相比,Al_2O_3-H_2O和Si O2-H_2O纳米流体具有更高的对流换热系数,并且Al_2O_3-H_2O的传热特性要优于SiO_2-H_2O;纳米流体的强化传热因子随着入口流速的增大呈先升高后降低的趋势,当入口流速为0.82 m/s时,强化传热因子达到最大值,但质量分数为5%的Al_2O_3-H_2O纳米流体的强化换热因子与流体的入口速度成正比,且当流体速度小于0.68 m/s时,其强化传热因子高于其他3种纳米流体;Al_2O_3-H_2O纳米流体的换热特性随着纳米粒子粒径的增加而降低,随着质量分数的增加呈先增后降的二次曲线趋势,当质量分数为5.5%时换热特性最强,该研究为纳米流体在高倍聚光砷化镓太阳能电池冷却方面提供理论参考。

非均匀热流下太阳能电池热特性分析

文章基于菲涅尔高倍聚光PV/T系统,采用螺旋式微通道散热器对太阳能(砷化镓)电池进行冷却,针对砷化镓电池表面能流分布不均问题进行了研究,并选用直接导入法,重点研究了均匀和非均匀热流密度及不同直射辐照度(DNI)下散热器的换热特性。结果表明:经过均光作用后,电池上表面热流密度分布均匀,且中心位置的热流密度相对较高;非均匀热流条件下,电池表面四周热流密度低于中心,其传递的热量低于均匀条件下,电池上表面的热流密度分布越均匀,散热器中传递的热量越多;为获得可提供膜蒸馏热源(65~70℃)的出口流体,不同太阳直射辐照度存在对应的最佳入口流速,若使冷却结构的强化传热因子达到最大,流体入口流速应随着太阳直射辐照度进行耦合匹配。