基于LBM的微通道换热器内部流动及换热特性研究

作     者：周毅 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王政道

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 080702[工学-热能工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：格子Boltzmann方法 微针肋 对流换热 涡流 

摘      要：随着微电子技术的发展,微针肋换热器因其高效的散热能力已被广泛应用于生活中,对其流动及换热机理的研究对指导工业生产有重要意义。在微通道中设置肋片,能够有效增大传热面积,实现高效的换热。基于格子Boltzmann方法(LBM),本文对不同微针肋内部流动及换热特性进行了数值模拟,主要内容如下:在微针肋内部流动及换热的模拟中,本文在普朗特数Pr=7.0,雷诺数Re=50～220范围内,分析了肋片几何形状、高径比(h)对微针肋综合性能的影响。研究结果显示:旋涡会增大流体受到的扰动,导致等效摩擦阻力系数(μf)的增加,且μf随Re增大而减小。椭圆形(EE)肋片流线型最好,肋片尾部回流涡尺寸最小,流动阻力较低,对应圆形(CC)、圆形和椭圆形组合(CE)以及EE微针肋的μf较低;菱形(DD)肋片的流线型较差,回流涡尺寸最大,流动阻力最大,对应DD和方形和菱形组合(SD)微针肋有较大的μf。同样的,旋涡可以显著地增强流体的流动混合,实现强化换热。不同微针肋?Nu随Re增大而增大,Re较小时,各针肋的?Nu较为接近。随着Re增大,肋片形状对换热的影响逐渐增强,Re100时SD微针肋的换热效果最好,其次是方形(SS)微针肋。采用强化换热因子η评价微针肋的综合性能。结果表明,SS微针肋具有最优的综合换热性能,菱形和椭圆形组合(DE)性能最差。在Re=50～100范围内,随着Re逐渐增大,CC和EE微针肋η提升较为显著,不同微针肋的综合换热性能相差不大;当100Re180时,SD和SS微针肋的换热效果远超其他针肋。考虑肋片高径比的影响时,在h=0.8～1.2范围内,η随h的增加而增大,η最大偏差可达71.42%。