摘 要

本文设计了一套的微通道装置与一系列的实验过程，并通过采用数值模拟与实验研究的方法对比二者得到的数据验证了其传热特性。文中首先介绍了微通道装置的设计结构和装配方式，设计过程中多次根据实际操作情况进行修改。随后通过数值模拟和实验对比，探究了部分微通道介质传热特性。本文主要研究内容及结论如下：

（1）微通道实验装置内部结构设计

模拟发现，矩形微通道在同一试验条件下的速度及温度场分布更均匀，模拟结果更有利于后续分析，因此，最终试验装置均采用矩形微通道结构。

试验装置中，微通道槽均设计于盖板上，O型圈槽位于引流装置上方，便于拆卸组装，易于密封。

（2）微通道内流体温度变化特性研究

流体流入的速度、微通道的长度会对微通道内温度场造成影响。微通道越长，进口速度越大，对流传热系数增加，温度升高所需吸收的能量变高，越难以变化。

（3）微通道内流体温度场特性研究

模拟试验中，起始条件设定位于储液槽侧面，当进行多槽微通道试验时，微通道进口处速度并不能平均分配，故检测得到总体速度变化及温度场变化，结果表明，温度、速度在不同数量的微通道内部规律变化不大。

关键字：微管道 磁流体 传热 数值模拟

Abstract

In this paper, a set of microchannel devices and a series of experimental processes are designed, and the heat transfer characteristics are verified by comparing the data obtained by numerical simulation and experimental study. In this paper, the design structure and assembling mode of the microchannel device are introduced, and the design process is modified according to the actual operation. Then, the heat transfer characteristics of some microchannels were investigated by numerical simulation and experimental comparison. The main contents and conclusions of this paper are as follows:

（1）micro-channel experimental device internal structure design

It is found that the velocity and temperature field distribution of the rectangular microchannel are more uniform under the same test condition, and the simulation results are more favorable for the subsequent analysis. Therefore, the final test device adopts the rectangular microchannel structure.

In the test device, the microchannel grooves are designed on the cover plate, O-ring groove is located above the drainage device, easy to disassemble and assembly, easy to seal.

（2）Study on the Change of Fluid Temperature in Microchannels

The velocity of the fluid inflow, the length of the microchannel will affect the temperature field in the microchannel. The longer microchannels, the greater the inlet velocity, increases convective heat transfer coefficients, the energy required to raise the temperature of the absorbent becomes high, the more difficult to change.

（3）Study on Temperature Field Characteristics of Microchannels

In the simulation test, the starting condition is set on the side of the tank. When the multi-slot microchannel test is carried out, the velocity of the microchannel inlet can not be evenly distributed. Therefore, the overall velocity change and temperature

field change are detected. The results show that the temperature, The velocity varies little in the number of microchannels.

Key words: micro - pipe magnetic fluid heat transfer numerical simulation

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景及研究意义 1

1.2 微尺度传热研究进展 1

1.2.1 微尺度条件下导热的研究进展 2

1.2.2 微尺度条件下相变换热的研究进展 2

1.2.3 微尺度传热学的国内外研究成果 2

1.3 流固耦合传热分析方法 3

第二章 实验台搭建 4

2.1进口装置与出口装置 4

2.2 引流装置 5

2.3 盖板 5

2.4 传感器与加热装置 6

2.5 装配图与实验流程 7

第三章 微通道温度场数值模拟 9

3.1软件介绍 9

3.1.1 GAMBIT介绍 9

3.1.2 FLUENT介绍 9

3.2 流体的连续性方程、动量方程和能量方程 10

3.3 建模与数值模拟 10

3.3.1 单槽与多槽的数值模拟 11

第四章 实验流程及数据分析 17

4.1 实验目的 17

4.2 实验方法 17

4.3 实验装置密封性检测 17

4.4 实验过程 18

4.5 实验数据及其分析 18

第五章 试验装置经济性与寿命性分析 28

5.1试验装置经济性分析 22

5.2试验装置寿命性分析 23

第六章 总结与展望 20

6.1 总结 20

6.2 展望 20

参考文献 24

致 谢 26

第一章 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

国际上对于微尺度的传热研究最早在八十年代初期展开工作，由于其较为普遍的应用前景，逐渐成为了传热领域的前沿学科^[1]。

国内外研究表明，由于介质处于内径为10—1000μm的通道中，其传热特性和在常规尺寸的通道中就不完全相同了，常规尺寸通道中的经验公式与理论就不再适用，要加以修改，因此需要通过实验和理论推导对微小尺度下的传热进行研究。另外，由于设备和换热条件的微小化，必然使得设备的冷却更加困难，我们研究微通道中介质的传热特性已迫在眉睫。

七十年代以来，随着纳米材料学的迅猛发展，科学家开始配制含有纳米磁性颗粒的流体。而众所周知，含有固体颗粒的流体可以强化对流传热^[2]，因此在低导热的工质流体中加入纳米颗粒，可以增加其传热特性和单相对流系数^[3-6]。而磁流体不仅具有强化传热的优点，还能使用磁场调整流体中的纳米颗粒使之发生偏转聚集现象，使得传热得到加强。

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