Микро-теплообменники, микротеплообменники или микроструктурированные теплообменники - это теплообменники, в которых (по крайней мере, одна) жидкость течет в боковых ограничениях с типичными размерами менее 1 мм. Наиболее типичным подобным ограничением являются микроканалы , представляющие собой каналы с гидравлическим диаметром менее 1 мм. Микроканальные теплообменники могут быть из металла, керамики, [1]
Микроканальные теплообменники можно использовать во многих областях, включая:
- высокоэффективные авиационные газотурбинные двигатели [2]
- тепловые насосы [3]
- кондиционер [4]
Фон [ править ]
Исследование микромасштабных тепловых устройств мотивировано корреляцией однофазного внутреннего потока для конвективной теплопередачи:
Где - коэффициент теплопередачи , - это число Нуссельта , - это теплопроводность жидкости и - гидравлический диаметр канала или воздуховода. Во внутренних ламинарных потоках число Нуссельта становится постоянным. Это результат, который может быть получен аналитически: в случае постоянной температуры стенки и в случае постоянного теплового потока для круглых труб. [5] Последнее значение увеличено до 140/17 = 8,23 для плоских параллельных пластин. [2] Как число Рейнольдса пропорциональна гидравлическому диаметру, поток жидкости в каналах малого гидравлического диаметра будет преимущественно ламинарным. Таким образом, эта корреляция показывает, что коэффициент теплопередачи увеличивается с уменьшением диаметра канала. Если гидравлический диаметр при принудительной конвекции составляет порядка десятков или сотен микрометров, должен получиться чрезвычайно высокий коэффициент теплопередачи.
Первоначально эту гипотезу исследовали Такерман и Пиз. [6] Их положительные результаты привели к дальнейшим исследованиям, начиная от классических исследований одноканальной теплопередачи [7] до более прикладных исследований в параллельных микроканальных и микромасштабных пластинчато-ребристых теплообменниках . Недавние исследования в этой области были сосредоточены на возможности двухфазных потоков в микромасштабе. [8] [9] [10]
Классификация микротеплообменников [ править ]
Так же, как «обычные» или «макромасштабные» теплообменники , микротеплообменники имеют один, два или даже три [11] потока жидкости. В случае одного потока текучей среды тепло может передаваться текучей среде (каждая текучая среда может быть газом , жидкостью или многофазным потоком ) от картриджей нагревателя с электрическим приводом или удаляться из текучей среды с помощью элементов с электрическим приводом, таких как Пельтье. чиллеры. В случае двух потоков текучей среды микротеплообменники обычно классифицируются по ориентации потоков текучей среды относительно друг друга как «поперечный поток» или « противоток».«устройства. Если химическая реакция происходит внутри микротеплообменника, последний также называется микрореактором .
См. Также [ править ]
- Инжиниринг микропроцессов
Ссылки [ править ]
- ^ Ки, Роберт Дж. И др. «Разработка, изготовление и оценка керамического противоточного микроканального теплообменника». Прикладная теплотехника 31.11 (2011): 2004-2012.
- ^ Northcutt, Б., и Mudawar, I. (2012). Усовершенствованная конструкция модуля микроканального теплообменника с поперечным потоком для высокоэффективных авиационных газотурбинных двигателей. Журнал теплопередачи, 134 (6), 061801.
- ^ Муаллем, Е., Padhmanabhan, С., Cremaschi, Л., и Фишер, DE (2012). Экспериментальное исследование влияния температуры поверхности и удержания воды на характеристики обледенения компактного микроканального теплообменника для систем тепловых насосов. международный журнал холода, 35 (1), 171-186.
- Перейти ↑ Xu, B., Shi, J., Wang, Y., Chen, J., Li, F., & Li, D. (2014). Экспериментальное исследование засорения системы кондиционирования воздуха с микроканальным теплообменником.
- ^ Incropera & Dewitt [ требуется полная ссылка ]
- ^ Такерман, DB; Пиз, RFW (1981). «Высокопроизводительный радиатор для СБИС». Письма об электронных устройствах IEEE . 2 (5): 126–9. Bibcode : 1981IEDL .... 2..126T . DOI : 10.1109 / EDL.1981.25367 .[необходим неосновной источник ]
- ^ Сантьяго, Кенни, Гудсон, Чжан [ требуется полная ссылка ]
- ^ Йен, Цзы-Сян; Касаги, Нобухидэ; Судзуки, Юдзи (2003). «Принудительный конвективный теплообмен кипения в микротрубках при малых массовых и тепловых потоках». Международный журнал многофазных потоков . 29 (12): 1771–92. DOI : 10.1016 / j.ijmultiphaseflow.2003.09.004 .
- ^ Steinke, Mark E .; Кандликар, Сатиш Г. (2004). «Экспериментальное исследование характеристик кипения воды в параллельных микроканалах». Журнал теплопередачи . 126 (4): 518. DOI : 10,1115 / 1,1778187 .
- ^ Мудавар [ требуется полная ссылка ]
- ^ [1] Ноэль С. Уиллис младший "Анализ трехжидкостных теплообменников с перекрестным потоком". Технический отчет НАСА, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Вашингтон, округ Колумбия, май 1968 г., стр. 53.