Микро теплообменник

Микротеплообменники, микротеплообменники или микроструктурированные теплообменники — это теплообменники , в которых (по крайней мере один) жидкость течет в боковых ограничениях с типичными размерами менее 1 мм. Наиболее типичными такими удержаниями являются микроканалы — каналы с гидравлическим диаметром менее 1 мм. Микроканальные теплообменники могут быть изготовлены из металла или керамики. ^[1]

Микроканальные теплообменники могут использоваться для многих применений, включая:

высокопроизводительные авиационные газотурбинные двигатели ^[2]
тепловые насосы ^[3]
микропроцессора и микрочипа Охлаждение ^[4]
кондиционер ^[5]

Фон

Исследование микромасштабных тепловых устройств мотивировано корреляцией однофазного внутреннего потока для конвективной теплопередачи:

h={\mathit {Nu}}_{c}{\frac {k}{d}}

Где $h$ – коэффициент теплопередачи , ${\mathit {Nu}}_{c}$ – число Нуссельта , $k$ – теплопроводность жидкости и $d$ – гидравлический диаметр канала или воздуховода. Во внутренних ламинарных течениях число Нуссельта становится постоянным. Это результат, который можно получить аналитически: Для случая постоянной температуры стенки ${\mathit {Nu}}_{c}=3.657$ а для случая постоянного теплового потока ${\mathit {Nu}}_{c}=4.364$ для круглых трубок. ^[6] Последнее значение увеличивается до 140/17 = 8,23 для плоских параллельных пластин. [2] Поскольку число Рейнольдса пропорционально гидравлическому диаметру, течение жидкости в каналах малого гидравлического диаметра будет носить преимущественно ламинарный характер. Таким образом, эта корреляция указывает на то, что коэффициент теплопередачи увеличивается с уменьшением диаметра канала. Если гидравлический диаметр при вынужденной конвекции будет порядка десятков или сотен микрометров, это приведет к чрезвычайно высокому коэффициенту теплопередачи.

Эту гипотезу первоначально исследовали Такерман и Пиз. ^[7] Их положительные результаты привели к дальнейшим исследованиям, начиная от классических исследований одноканальной теплопередачи. ^[8] к более прикладным исследованиям параллельных микроканальных и микромасштабных пластинчато-ребристых теплообменников . Недавние работы в этой области были сосредоточены на потенциале двухфазных потоков на микромасштабе. ^[9]^[10]^[11]

Классификация

Как и «обычные» или «макромасштабные» теплообменники , микротеплообменники имеют один, два или даже три теплообменника. ^[12] жидкостные потоки. В случае одного потока жидкости тепло может передаваться жидкости (каждая из жидкостей может быть газом , жидкостью или многофазным потоком ) от картриджей нагревателя с электрическим приводом или удаляться из жидкости 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 устройства с «поперечным потоком» или « противотоком ». Если химическая реакция проводится внутри микротеплообменника, последний еще называют микрореактором .

См. также

Микротехнология

Ссылки

^ Ки, Роберт Дж. и др. «Проектирование, изготовление и оценка керамического противоточного микроканального теплообменника». Прикладная теплотехника 31.11 (2011): 2004-2012.
^ Норткатт, Б., и Мудавар, И. (2012). Усовершенствованная конструкция перекрестноточного микроканального теплообменного модуля для высокопроизводительных авиационных газотурбинных двигателей. Журнал теплопередачи, 134 (6), 061801.
^ Моаллем, Э., Падхманабхан, С., Кремаски, Л., и Фишер, DE (2012). Экспериментальное исследование влияния температуры поверхности и удержания воды на эффективность обледенения компактного микроканального теплообменника для систем тепловых насосов. Международный журнал холодильного оборудования, 35(1), 171-186.
^ Сарвар-Арде, С., Рафи, Р., Рашиди, С. (2021). Гибридные наножидкости с термозависимыми свойствами для использования в двухслойных микроканальных радиаторах; гидротермальные исследования. Журнал Тайваньского института инженеров-химиков. цитировать журнал https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.05.007
^ Сюй Б., Ши Дж., Ван Ю., Чен Дж., Ли Ф. и Ли Д. (2014). Экспериментальное исследование эффективности загрязнения системы кондиционирования воздуха с микроканальным теплообменником.
^ Инкропера и Девитт ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Такерман, Д.Б.; Пиз, RFW (1981). «Высокоэффективный теплоотвод для СБИС». Письма об электронных устройствах IEEE . 2 (5): 126–9. Бибкод : 1981IEDL....2..126T . дои : 10.1109/EDL.1981.25367 . S2CID 40590765 . ^{[ нужен неосновной источник ]}
^ Сантьяго, Кенни, Гудсон, Чжан ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Йен, Цзы-Сян; Касаги, Нобухидэ; Сузуки, Юджи (2003). «Вынужденный конвективный кипящий теплообмен в микротрубках при малых массовых и тепловых потоках». Международный журнал многофазного потока . 29 (12): 1771–92. doi : 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2003.09.004 .
^ Стейнке, Марк Э.; Кандликар, Сатиш Г. (2004). «Экспериментальное исследование характеристик проточного кипения воды в параллельных микроканалах». Журнал теплопередачи . 126 (4): 518. дои : 10.1115/1.1778187 .
^ Мудавар ^{[ нужна полная цитата ]}
^ [1] Ноэль К. Уиллис-младший «Анализ трехжидкостных перекрестноточных теплообменников». Технический отчет НАСА, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Вашингтон, округ Колумбия, май 1968 г., стр. 53.

[1] Ки, Роберт Дж. и др. «Проектирование, изготовление и оценка керамического противоточного микроканального теплообменника». Прикладная теплотехника 31.11 (2011): 2004-2012.

[2] Норткатт, Б., и Мудавар, И. (2012). Усовершенствованная конструкция перекрестноточного микроканального теплообменного модуля для высокопроизводительных авиационных газотурбинных двигателей. Журнал теплопередачи, 134 (6), 061801.

[3] Моаллем, Э., Падхманабхан, С., Кремаски, Л., и Фишер, DE (2012). Экспериментальное исследование влияния температуры поверхности и удержания воды на эффективность обледенения компактного микроканального теплообменника для систем тепловых насосов. Международный журнал холодильного оборудования, 35(1), 171-186.

[4] Сарвар-Арде, С., Рафи, Р., Рашиди, С. (2021). Гибридные наножидкости с термозависимыми свойствами для использования в двухслойных микроканальных радиаторах; гидротермальные исследования. Журнал Тайваньского института инженеров-химиков. цитировать журнал https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.05.007

[5] Сюй Б., Ши Дж., Ван Ю., Чен Дж., Ли Ф. и Ли Д. (2014). Экспериментальное исследование эффективности загрязнения системы кондиционирования воздуха с микроканальным теплообменником.

[Convection-6] Инкропера и Девитт ^{[ нужна полная цитата ]}

[Tuckerman-7] Такерман, Д.Б.; Пиз, RFW (1981). «Высокоэффективный теплоотвод для СБИС». Письма об электронных устройствах IEEE . 2 (5): 126–9. Бибкод : 1981IEDL....2..126T . дои : 10.1109/EDL.1981.25367 . S2CID 40590765 . ^{[ нужен неосновной источник ]}

[Stanford-8] Сантьяго, Кенни, Гудсон, Чжан ^{[ нужна полная цитата ]}

[Kasagi-9] Йен, Цзы-Сян; Касаги, Нобухидэ; Сузуки, Юджи (2003). «Вынужденный конвективный кипящий теплообмен в микротрубках при малых массовых и тепловых потоках». Международный журнал многофазного потока . 29 (12): 1771–92. doi : 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2003.09.004 .

[Kandlikar-10] Стейнке, Марк Э.; Кандликар, Сатиш Г. (2004). «Экспериментальное исследование характеристик проточного кипения воды в параллельных микроканалах». Журнал теплопередачи . 126 (4): 518. дои : 10.1115/1.1778187 .

[Purdue-11] Мудавар ^{[ нужна полная цитата ]}

[12] [1] Ноэль К. Уиллис-младший «Анализ трехжидкостных перекрестноточных теплообменников». Технический отчет НАСА, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Вашингтон, округ Колумбия, май 1968 г., стр. 53.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]