微通道换热器PPT课件
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国外研究现状
J.JBrandner等人提到的微结构换热 器是指包括微槽道(逆流和交错流等) ，微型柱(包括对称以及不对称)等微 结构的换热器，并对不同的微结构进 行了比较研究，得出其中影响的关键 因素包括微结构的特征尺寸、几何形 状、排列方式、流体的状态(层流或者 紊流)以及流量大小等。
Robert Nacke提到了一种交错
随着加工制造技术的发展, 目前已实现
了一些复杂的机械表面。但从当前国际微型
机械产品的生产来看, 三维复杂微成形在技
术上仍未得到很好的解决, 正在积极开发新
型的、更有效的微加工和微. 成形技术。
11
国外研究现状
.
Robert J.Kee等人研究 了一种陶瓷制成的逆流微通 道换热器，由四层微通道组 成，总体尺寸类似于手掌大 小。包括2层热流微通道以 及2层冷流微通道。其中冷 流层与热流层之间流动方向 是相反的。并且板面上具有 增加流体扰动的微通道新型 设计，充分实现了热流与冷 流的交错流动以及增加换热 面积，实现尽可能大的换热 效率。
流换热器，带有槽型或者平行的间
断翅片微结构阵列，通过冷却水来
对热空气进行冷却换热,发现蛇形通
道换热器的换热效率比相同长度下
普通直通道换热器的效率提高了20%
左右。
.
13
国外研究现状
Thomas Fend提到了一种圆筒型微换热器，在圆柱筒内部开有多 层微尺度的热流道以及冷流道，相互分层间隔充分实现换热，且热 流道与冷流道相互垂直形成交错流，此微型换热器具有995m2/m3的 比表面积，工作温度至少可以达到950℃。
不佳成为二维微通道面临的难题。
• 三维结构常见的有树状分形结构、双层树 状网络、T形树状分形流体网络、仿哺乳动 物呼吸系统树状分形微管道结构和仿蜂巢
结构的分形网络。 .
10
微通道的优化加工
三维通道的加工制造技术：
1. 光刻电镀（LIGA）技术
2. 准分子激光微细加工技术
3. 双光子聚合（TPP）加工技术
1、微尺度效应 2、入口段效应
.
6
微通道的流动特性
1、微尺度效应
对于气体单相流动，当通道直径当量小于200μm时，流动 和传热将受到气体的稀薄效应影响。
对于液体单相流动，微通道直径为381μm时，宏观理论公 式已经不适用于微通道摩阻及努塞尔尔数不能按传统宏观理 论公式来计算。
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 壁面的接触角增加，其影响程度在逐步减小。
.
19
谢谢！
.
20
通道换热器应用于压缩 冷凝机组,不仅能提高机 组的能效比,增强产品竞 争力,也能节约工业冷冻 能耗,促进制冷空调行业
节能。 18
结束语
微通道换热器具有结构紧凑、换热效率高、质量轻、运 行安全可靠等特点。它在微电子、航空航天、医疗、化学生 物工程、材料科学、高温超导体的冷却、薄膜沉积中的热控 制、强激光镜的冷却以及其它一些对换热设备的尺寸和重量 有特殊要求的场合中广泛使用; 特别是微型核反应堆的试运 行、燃料电池动力潜艇的试航、微透平机械以及微化学仪器 的应用等, 微型化的换热装置作为相应系统的配备设备发挥 了举足轻重的作用。
微通道换热器
.
1
微通道换热器
一、微通道的发展史 二、微通道的结构特点及优化加工 三、国内外微结构换热器的研究现状 四、微通道换热器的举例应用
.
2
微通道的发展史
• 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。
• 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。
1、换热效率随热导率的变化趋势 2、流量对于换热效率的影响 3、微通道加工材质的选择 4、临界热流密度 5、入口段效应
.
9
微通道的优化加工
• 微通道结构经历了从二维到三维的发展。 常规微通道，包括圆形、矩形、V形、梯形 、双梯形等截面形状以及目前的一种基于
热边界层中断技术的交错结构，微通道内
流量分配不均、分布均匀性差、局部散热
.
7
微通道的流动特性
2、入口段效应
微电子器件尺寸一般都很小，集成在这些 元件上的微通道长度也就很小。这样一来， 在当量直径不太大的情况下，流动趋于充分 发展状态，入口段效应对工质流动的影响十 分显著。
.
8
微通道的流动特性
二、微通道中流体的换热特性
微通道对流换热不同于宏观通道的换热机 理。受通道形状、壁面粗糙度、流体品质、表面过热量、分 子平均自由程与通道尺寸之比等众多因素的影响，微通道换 热呈现出一些特殊的特点。
.
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微通道换热器的应用
• 微通道在热泵空调
目前微通道换热器仅 用作单冷空调器冷凝器。 微通道换热器用作热泵蒸 发器,主要受到翅片表面 凝结水排除问题的困扰。
.
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微通道换热器的应用
•微通道在压缩机中的应用
.
在工业冷冻冷藏领域 ,压缩冷凝机组的换热器 仍为管翅式换热器,系统 的能效比不高,整个行业 的能源浪费严重。将微
.
3
微通道的发展史
工程背景：高密度电子器件的冷却和微电子机械系统的传热问题。
•
.
4
微通道的发展史
该结构有高导热系数的材料构成，其
换热过程为在底面加上.的热量经过通道壁
5
传至通道内。
微通道的结构特点
一、微通道的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚
微米尺度范围内，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。
.
14
国内研究现状
北京化工大学提出了一 种以金属基底为导热单元 ，以具有微结构的聚合物 材料为散热单元的新型复 合微结构换热器。
.
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微通道换主要集中在汽车空 调制冷系统中，其原因 主要考虑到CO2的蒸汽 密度高，比热和容积制 冷量较大，充注量较小 及较高的操作压力适合 开发小管径的换热器。
国外研究现状
J.JBrandner等人提到的微结构换热 器是指包括微槽道(逆流和交错流等) ，微型柱(包括对称以及不对称)等微 结构的换热器，并对不同的微结构进 行了比较研究，得出其中影响的关键 因素包括微结构的特征尺寸、几何形 状、排列方式、流体的状态(层流或者 紊流)以及流量大小等。
Robert Nacke提到了一种交错
随着加工制造技术的发展, 目前已实现
了一些复杂的机械表面。但从当前国际微型
机械产品的生产来看, 三维复杂微成形在技
术上仍未得到很好的解决, 正在积极开发新
型的、更有效的微加工和微. 成形技术。
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国外研究现状
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Robert J.Kee等人研究 了一种陶瓷制成的逆流微通 道换热器，由四层微通道组 成，总体尺寸类似于手掌大 小。包括2层热流微通道以 及2层冷流微通道。其中冷 流层与热流层之间流动方向 是相反的。并且板面上具有 增加流体扰动的微通道新型 设计，充分实现了热流与冷 流的交错流动以及增加换热 面积，实现尽可能大的换热 效率。
流换热器，带有槽型或者平行的间
断翅片微结构阵列，通过冷却水来
对热空气进行冷却换热,发现蛇形通
道换热器的换热效率比相同长度下
普通直通道换热器的效率提高了20%
左右。
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国外研究现状
Thomas Fend提到了一种圆筒型微换热器，在圆柱筒内部开有多 层微尺度的热流道以及冷流道，相互分层间隔充分实现换热，且热 流道与冷流道相互垂直形成交错流，此微型换热器具有995m2/m3的 比表面积，工作温度至少可以达到950℃。
不佳成为二维微通道面临的难题。
• 三维结构常见的有树状分形结构、双层树 状网络、T形树状分形流体网络、仿哺乳动 物呼吸系统树状分形微管道结构和仿蜂巢
结构的分形网络。 .
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微通道的优化加工
三维通道的加工制造技术：
1. 光刻电镀（LIGA）技术
2. 准分子激光微细加工技术
3. 双光子聚合（TPP）加工技术
1、微尺度效应 2、入口段效应
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微通道的流动特性
1、微尺度效应
对于气体单相流动，当通道直径当量小于200μm时，流动 和传热将受到气体的稀薄效应影响。
对于液体单相流动，微通道直径为381μm时，宏观理论公 式已经不适用于微通道摩阻及努塞尔尔数不能按传统宏观理 论公式来计算。
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 壁面的接触角增加，其影响程度在逐步减小。
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谢谢！
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通道换热器应用于压缩 冷凝机组,不仅能提高机 组的能效比,增强产品竞 争力,也能节约工业冷冻 能耗,促进制冷空调行业
节能。 18
结束语
微通道换热器具有结构紧凑、换热效率高、质量轻、运 行安全可靠等特点。它在微电子、航空航天、医疗、化学生 物工程、材料科学、高温超导体的冷却、薄膜沉积中的热控 制、强激光镜的冷却以及其它一些对换热设备的尺寸和重量 有特殊要求的场合中广泛使用; 特别是微型核反应堆的试运 行、燃料电池动力潜艇的试航、微透平机械以及微化学仪器 的应用等, 微型化的换热装置作为相应系统的配备设备发挥 了举足轻重的作用。
微通道换热器
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微通道换热器
一、微通道的发展史 二、微通道的结构特点及优化加工 三、国内外微结构换热器的研究现状 四、微通道换热器的举例应用
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微通道的发展史
• 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。
• 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。
1、换热效率随热导率的变化趋势 2、流量对于换热效率的影响 3、微通道加工材质的选择 4、临界热流密度 5、入口段效应
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微通道的优化加工
• 微通道结构经历了从二维到三维的发展。 常规微通道，包括圆形、矩形、V形、梯形 、双梯形等截面形状以及目前的一种基于
热边界层中断技术的交错结构，微通道内
流量分配不均、分布均匀性差、局部散热
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微通道的流动特性
2、入口段效应
微电子器件尺寸一般都很小，集成在这些 元件上的微通道长度也就很小。这样一来， 在当量直径不太大的情况下，流动趋于充分 发展状态，入口段效应对工质流动的影响十 分显著。
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微通道的流动特性
二、微通道中流体的换热特性
微通道对流换热不同于宏观通道的换热机 理。受通道形状、壁面粗糙度、流体品质、表面过热量、分 子平均自由程与通道尺寸之比等众多因素的影响，微通道换 热呈现出一些特殊的特点。
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微通道换热器的应用
• 微通道在热泵空调
目前微通道换热器仅 用作单冷空调器冷凝器。 微通道换热器用作热泵蒸 发器,主要受到翅片表面 凝结水排除问题的困扰。
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微通道换热器的应用
•微通道在压缩机中的应用
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在工业冷冻冷藏领域 ,压缩冷凝机组的换热器 仍为管翅式换热器,系统 的能效比不高,整个行业 的能源浪费严重。将微
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微通道的发展史
工程背景：高密度电子器件的冷却和微电子机械系统的传热问题。
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微通道的发展史
该结构有高导热系数的材料构成，其
换热过程为在底面加上.的热量经过通道壁
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传至通道内。
微通道的结构特点
一、微通道的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚
微米尺度范围内，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。
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国内研究现状
北京化工大学提出了一 种以金属基底为导热单元 ，以具有微结构的聚合物 材料为散热单元的新型复 合微结构换热器。
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微通道换主要集中在汽车空 调制冷系统中，其原因 主要考虑到CO2的蒸汽 密度高，比热和容积制 冷量较大，充注量较小 及较高的操作压力适合 开发小管径的换热器。