应用于微通道换热器的复杂结构微细通道强迫对流传热传质研究

针对有限空间下的高热流密度热控制问题，采用模压固相烧结工艺制造多孔型微细通道介质，以实验为主，模拟分析为辅，系统地研究多孔型微细通道强迫对流传热传质机理。采用具有复杂表面结构的铜纤维制造不同孔隙率的多孔材料具有表面结构复杂，孔隙分布均匀，孔隙率变化范围大，渗透率高、热导率高等特点，将其作为微细通道传热介质，以水为工质，进行强迫对流传热实验。重点研究微细尺度下，传热介质的结构、物理特征（孔隙率、孔隙结构、渗透率、导热率、比表面积、表面粗糙微结构等）对传热传质的影响水平、作用机制，特别是与宏观尺度下的区别。同时，采用相同实验平台及工况对比测试光滑微细沟槽以及复合多孔微细沟槽通道的压降特性、传热性能，探求多孔表面微细结构对流-固界面传热机制的影响。以传热效率（耗费单位泵功达到的传热性能）为目标函数，探讨特定工况下最优的微细通道结构特征，从而指导微细通道换热器的设计制造。

针对有限空间下的高热流密度热控制问题，采用模压固相烧结工艺制造多孔型微细通道介质，以实验为主，模拟分析为辅，较为系统地研究了多孔型微细通道强迫对流传热传质机理。采用具有复杂表面结构的铜纤维制造不同孔隙率的多孔材料具有表面结构复杂，孔隙分布均匀，孔隙率变化范围大，渗透率高、热导率高等特点，将其作为微细通道传热介质，以水为工质，进行强迫对流传热实验。单相流状态下，平滑通道测得的流动摩擦阻力明显较多孔层底部通道试样要低，通过对实验数据的拟合得到了新的雷诺数与摩擦系数的关系。多孔层颗粒度最大的试样（平均粒径约为90μm）的传热性能最好，与平滑通道相比，Nu提高了大约30%。多孔表面的扰流作用是该通道传热强化性能提高的主要原因，表面积的增加的对传热性能影响有限。.采用相同实验平台及工况对比测试光滑微细沟槽以及复合多孔微细沟槽通道的压降特性、传热性能，以及多孔表面微细结构对流-固界面传热机制的影响。传热性能实验表明，相同流速下孔隙率低的换热芯传热系数更高，但考虑到流体所需的泵功，烧结铜纤维换热芯换热效率更高。多孔换热芯的传热系数随流速的增加而提高，但热流密度对其传热性能几乎没有影响。.同时，本课题将直通道以及多孔流道的传热性能物理参数进行了统一，参数包括孔隙率、热导率以及层流条件下的渗透率。另外，通过变物性方法、低Re k-ε湍流模型及混合相变模型对沟槽及多孔微细通道进行初步模拟，得到了很好的效果，在一定程度下传统的适宜于宏观通道的状态方式仍然可用于微细通道的传热传质模拟，指导换热器的设计。