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6.3.2介質(zhì)為水的紊流微通道的傳熱計(jì)算

日期：2022-01-11 01:29:05點(diǎn)擊：338

6.3.2介質(zhì)為水的紊流微通道的傳熱計(jì)算
1.通道內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[3],通道內(nèi)流體紊流換熱時(shí)

適用條件是:

為了滿足

,的條件，取

,管內(nèi)應(yīng)滿足的流速為

, 選取平均溫度為50℃時(shí)的水的物性值，由式(6.3.2)計(jì)算的各通道內(nèi)的換熱系數(shù)示于表 6. 3.2 中。
此外，為了計(jì)算微通道翅片效率，對翅片內(nèi)的傳熱路徑和影響范圍需加以說明，如圖 6- 3.2所示。圖中,3為翅片的節(jié)距,b=t+W；H為翅片的垂直高度，考慮到頂部蓋板部分, 翅片的有效高度

= H+b/2。

圖6. 3.2翅片的影響區(qū)域

由式(2.4.7)可知，直翅片的翅片效率的計(jì)算式為

式中，

為翅片材料的導(dǎo)熱系數(shù)，硅翅片:

；銅翅片：

。表6. 3.2列舉了 4種不同型號(hào)和不同換熱系數(shù)h值下的翅片效率

,的計(jì)算結(jié)果。
此外，為了通道傳熱計(jì)算，需要求岀以基板表面為基準(zhǔn)的換熱系數(shù)h
表6.3.2翅片效率和基板表面換熱系數(shù)

型號(hào)	材質(zhì)	當(dāng)量直徑	通道內(nèi)水流量 v/(m • s^_,)	通道內(nèi)換熱系	翅片效率	基板表面換熱系數(shù)
1	硅	1.0	5. 54	39 167	0. 62	58 946
	銅				0. 80	66 584
2	硅	1.5	3. 69	26 111	0. 47	56 008
	銅				0. 62	69 716
3	硅	1. 714	3.23	22851	0. 26	50 043
	銅				0.41	72 323
4	硅	1. 818	3. 05	21 544	0. 17	49 228
	銅				0. 28	74 111

在圖6. 3. 2中，以一個(gè)翅片的影響區(qū)域計(jì)算，翅片外表面積

,設(shè)翅片縱向尺寸L=1;翅片兩側(cè)的裸露面積

；翅片基板面積

。則以基板面積A。為基準(zhǔn)的換熱系數(shù)為

對4種型號(hào)、兩種材質(zhì)的計(jì)算結(jié)果見表6. 3. 2。
2.熱流密度和等溫性計(jì)算
在基板上,一個(gè)翅片占有的傳熱面積為

式中工為翅片縱向長度，即介質(zhì)的流動(dòng)行程。
在

表面上的傳熱量Q及熱流密度為

式中，

為基板表面換熱系數(shù)

為基板表面的溫度T_o與介質(zhì)溫度

之差。由式(6.3.5)可知，當(dāng)換熱系數(shù)九，確定之后,傳熱量?；驘崃髅芏?b>q將隨溫差

而變化。分別選取溫差為

，相應(yīng)的熱流密度的變化見表6. 3.3_O
此外，基板的等溫性也是微通道的重要指標(biāo)。因?yàn)榻橘|(zhì)(水)流過微通道時(shí)溫度升高對基板的等溫性有直接影響，所以可以用介質(zhì)的溫升代表基板表面的溫度變化，即等溫性。介質(zhì)的溫升為

式中,

為水的比熱容;。為在一個(gè)通道內(nèi)的傳熱量，由式(6. 3. 4)得

可見Q值與通道長度L有關(guān),可選取通道縱向長度L=25 mm, 50 mm, 100 mm三種情況進(jìn)行計(jì)算;

為流過微通道的介質(zhì)流量(kg/s)：

G=［通道橫截面積(m²) ］ x［流速(m/s) ］ x［介質(zhì)密度(kg/m³)］

對4種不同型號(hào)，按表6. 3. 1選取通道橫截面積，按表6. 3. 2選取管內(nèi)流速，代入式 (6.3.6)計(jì)算介質(zhì)溫差，計(jì)算結(jié)果見表6.3.3。
計(jì)算說明：
(1) 表(6.3.3)包含了微通道結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的多種情況：
在結(jié)構(gòu)方面：［4種型號(hào)］x［2種材質(zhì)］x［3種通道長度］=［24種規(guī)格］；
在運(yùn)行方面：［3種溫差

］；
總計(jì)：72種微通道的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況，對應(yīng)72項(xiàng)微通道的熱流密度和等溫性的計(jì)算結(jié)果。
(2) 該表格可作為微通道選擇的參考。從等溫性數(shù)據(jù)可以看出，型號(hào)1的等溫性是最差的，溫差

都在1℃以上，而型號(hào)3 ,4等溫性最佳,有多個(gè)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件可使

在 1℃以下，如表6.3.3中黑體數(shù)字所示。

表6.3.3微通道的熱流密度和等溫性

型	材
型	材	q/(W ?				qW/cm²				qW/cm²
號(hào)	質(zhì)	cm^-2)	L=25mm	L=50mm	L=100mm	qW/cm²	L=25mm	L=50mm	L=100mm	qW/cm²	L=25mm	L=50mm	L=100mm
	硅	58.9	1.29	2. 58	5. 16	117. 8	2. 58	5. 16	10. 32	176.7	3. 87	7. 74	15.48
	銅	66.6	1.46	2. 92	5. 83	133.2	2. 92	5. 83	11.67	199.8	4. 38	8.75	17. 5
2	硅	56.0	0. 61	1.23	2. 45	112.0	1. 23	2. 45	4.90	168.0	1. 84	3.68	7. 36
2	銅	69.7	0. 76	1.52	3.04	139.4	1. 52	3.04	6. 08	209. 1	2. 28	4. 56	9. 12
3	硅	50.0	0.31	0. 62	1. 24	100.0	0. 62	1. 24	2. 48	150.0	0. 93	1. 86	3. 72
3	銅	72. 3	0. 45	0. 90	1. 80	144.6	0. 90	1. 80	3.60	216.9	2. 70	5.40	10. 8
4	硅	49.2	0. 20	0. 40	0. 80	98.4	0. 40	0. 80	1.60	147.6	0. 60	1.2	2.4
4	銅	74. 1	0. 29	0. 58	1. 16	148.2	0. 58	1. 16	2. 32	222. 3	0.84	1.68	3.36

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