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原文传递球凹/球凸结构强化微通道对流换热研究

论文题名：	球凹/球凸结构强化微通道对流换热研究
关键词：	球凹/球凸结构;微通道;纳米流体;对流换热;船舶电力推进系统
摘要：	船舶电力推进系统具有许多传统推进方式所不可比拟的优势，已经被广泛应用在多种类型的船舶上，是未来军用舰艇的主要推进方式。电力推进系统功率的增加使得更多大功率电子设备需要安装在空间有限的船舶上，而温度对电子设备的稳定运行有着极为重要的影响，因此解决小尺度下大功率电子设备的散热问题对提高电力推进系统的可靠性至关重要。微通道换热器能够解决小尺度下大热流密度设备的散热问题因而被广泛的研究和应用。对微通道结构优化以及使用新型换热工质是提升微通道换热器换热性能最为常用的措施。　　球凹/球凸结构能够在强化换热的同时减小流动损失是一种广为使用的强化换热结构，将其应用在微通道中有望能够提高微通道对流换热能力同时减小流动损失。纳米流体具有较高的热导率因而能够强化对流换热，但由于其粘度较大，容易引起较大的压力损失。因此将球凹减阻结构与纳米流体相结合有望在强化换热的同时减小流动损失。　　基于上述原因，本文首先研究含有不同球凸高度、球凸间距的微通道流动换热特性，在此基础上引入球凹减阻结构，研究内嵌球凹的球凸通道的流动换热性能。最后将纳米流体应用在内嵌球凹的球凸通道上。以此来提高通道的综合换热能力。本文主要工作如下：　　（1）采用fluent软件对含有球凸的微通道进行数值模拟。研究以水为工质时，不同球凸间距、不同球凸高度对通道流动换热特性的影响。并对通道的速度场、温度场进行分析，研究表明综合换热因子随着球凸高度增加而增加，随着球凸间距增加呈现出先增加后减小的趋势。　　（2）采用数值模拟的方法研究层流条件下含有内嵌球凹的球凸微通道的流动换热特性，分析几何参数对通道流动换热特性的影响规律。通过对通道速度场、温度场以及场协同角的分析，揭示了球凸间距、球凹直径、球凹深度对内嵌球凹的球凸通道流动换热特性的影响机理，研究表明综合换热因子随着球凸间距以及球凹深度的增加均呈现出先增加后减小的趋势，随着球凹直径的增加则不断增加。利用数值模拟得到的努塞尔数、摩擦因子以及综合换热因子，采用响应面法建立其与通道结构参数以及雷诺数的关联式，以用于内嵌球凹的球凸通道设计。并根据关联式，分析了结构参数两两交互作用对通道流动换热特性的影响规律，为确定各个结构参数对流动换热特性的影响程度的大小提供理论依据。　　（3）采用单相流法数值模拟氧化铝-水纳米流体在内嵌球凹的球凸通道以及普通球凸通道中层流条件下的流动换热特性，并研究纳米流体体积分数对于通道的流动以及换热特性的影响，研究表明纳米流体可提高通道的对流换热系数，相应通道的阻力有所增加。为了对内嵌球凹的球凸通道使用纳米流体作为换热工质的强化换热方案综合性能进行评估，采用熵产分析的方法，对比基液以及纳米流体为工质时的熵产特性，研究表明在低体积分数、低雷诺数下使用纳米流体可以降低通道的总熵产，说明将纳米流体与内嵌球凹的球凸通道相结合的方式可提升微通道的综合换热性能。
作者：	王强
专业：	轮机工程
导师：	李淑英
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文