微通道换热器的特性分析及应用
微通道换热器在空调中的应用研究
微通道换热器在空调中的应用研究摘要：本文主要探讨微通道换热器在空调中的应用研究。
通过对微通道换热器的原理和特点进行分析，结合空调系统的实际需求，提出了一种适用于该系统的解决方案。
实验结果表明，该方案具有较高的传热效率和节能效果，为制冷空调系统的节能减排提供了一种新的有效途径。
关键词：微通道换热器；制冷空调；系统；换热效率一、引言随着全球能源危机和环境污染问题的不断加剧，节能减排已经成为各行各业发展的重要方向。
空调制冷系统作为建筑能耗的重要组成部分，其节能减排对于整个建筑行业的发展具有重要意义。
而微通道换热器作为一种新型的高效换热器，在提高换热效率和减小体积方面具有明显优势。
因此，本文旨在探讨微通道换热器在空调系统中的应用，以其为空调系统的节能减排提供一种新的思路。
二、微通道换热器介绍微通道换热器是一种新型的高效换热器，微通道换热器主要由翅片、微通道散热器和铝合金基板组成，微通道散热器又由许多微小的通道组成，使得冷热流体能够进行高效的热交换[1]。
微通道换热器具有传热效率高、体积小、重量轻、热响应快等优点，因此在各种领域中得到广泛应用，特别是在空调系统中。
三、微通道换热器原理与特点微通道换热器是一种新型的高效换热器，其工作原理主要基于流体力学和热力学原理。
微通道换热器主要由翅片、微通道散热器和铝合金基板组成。
其中，微通道散热器由许多微小通道组成，液体通过这些微小通道流过，将热量传递给通道壁，然后通过翅片与外部空气进行热交换[2]。
由于微通道的尺寸较小，使得换热器的传热面积大大增加，从而提高了换热效率。
微通道换热器的通道尺寸一般在毫米以下，甚至可以到达微米级别，因此具有以下特点：（1）节能高效：微通道换热器的传热效率更高，因为它拥有更多的传热面积和更小的热阻，使得冷热流体之间的热交换更加充分。
（2）结构紧凑：由于通道尺寸很小，所以可以在较小的空间内排列大量的通道，使得整个换热器的体积更加紧凑。
（3）较低的热阻力：微通道换热器的通道形状通常为直形或弯曲形，这使得流体在流动过程中不容易形成死角，因此可以减小热阻力，提高换热效率。
微通道换热器的探讨
微通道换热器的探讨微通道换热器是一种新型的换热器，其具有结构紧凑、重量轻、节能高效等特点，被广泛应用于各个领域，如电子设备散热、汽车工业、太阳能、航天航空等。
在本文中，我们将探讨微通道换热器的原理、性能优势以及未来的发展前景。
首先，微通道换热器是指在压力容器中使用微细孔隙薄板来传导热量的设备。
与传统的换热器相比，微通道换热器具有更大的表面积和更好的传热性能。
这是因为微通道换热器的通道直径通常在微米量级，增加了流体与壁面的接触面积，从而提高了传热效率。
1.结构紧凑：微通道换热器的通道直径较小，能够在有限的空间内实现更大的传热表面积。
这意味着它可以在相对较小的体积内实现相同的传热效果，从而减小了设备的体积和重量。
2.传热效率高：由于微通道换热器的通道直径小，流体与壁面的接触面积增大，导致传热均匀且快速。
此外，在微通道中，流体的流动速度较高，可以增强流体的对流传热效果。
因此，微通道换热器能够实现更高的传热系数，提高传热效率。
3.节能环保：由于微通道换热器的传热效果好，可以在相同的传热量下降低能源的消耗。
此外，微通道换热器具有结构简单、材料使用量少的特点，减少了能源和环境的耗费。
4.可扩展性强：微通道换热器的结构可以根据具体的需求进行设计和制造。
不同的通道形状和排列方式可以实现不同的传热效果。
并且，微通道换热器可以通过增加通道的数量来实现更大的传热表面积，进一步提高传热效率。
目前，微通道换热器已经在电子设备散热、汽车工业、太阳能、航天航空等领域得到了广泛的应用。
例如，在电子设备散热中，微通道换热器可以有效地降低电子元件的温度，提高其工作稳定性和寿命。
在汽车工业中，微通道换热器可以替代传统的散热器，减小汽车发动机的体积和重量，提高燃油利用率。
在太阳能领域，微通道换热器可以将太阳能转化为热能，提高太阳能利用效率。
在航天航空领域，微通道换热器可以应用于航天器和航空发动机中，提高其工作效率和可靠性。
虽然微通道换热器具有很多优势，但目前仍存在一些挑战和问题1.制造难度高：由于微通道换热器的通道直径较小，制造过程中需要使用微米级的加工技术。
微通道换热器的特性分析及应用
微通道换热器的特性分析及应用微通道换热器是一种用于传热和热力转换的新型换热技术。
相比传统换热器，微通道换热器具有体积小、传热效率高、响应速度快、能耗低等优点，被广泛应用于汽车、电子设备、航空航天等领域。
本文将对微通道换热器的特性及应用进行分析。
首先，微通道换热器的特性主要包括以下几个方面：1.尺寸小：微通道换热器采用微细通道设计，通道尺寸通常在10微米至1毫米之间。
相比传统换热器，微通道换热器的体积更小，可以实现高功率密度的换热，适用于对空间有限的系统。
2.传热效率高：微通道换热器的微细通道结构可以增加表面积，提高换热效率。
此外，微通道换热器采用微尺度流体，流体在通道内流动时，流体与通道墙面之间的质量传递和能量传递更为充分，传热效率更高。
3.响应速度快：微通道换热器由于尺寸小、结构简单，使得其对温度变化的响应速度更快。
这对于一些需要快速热传导或需要快速控制温度的应用场合非常重要。
4.能耗低：由于微通道换热器的传热效率高，可以实现在相同传热量的情况下，节约能源消耗。
这对于一些对能源效率要求高的应用来说，具有重要意义。
其次，微通道换热器的应用领域非常广泛，具体包括以下几个方面：1.汽车领域：由于微通道换热器具有尺寸小和传热效率高的特点，因此被广泛应用于汽车的冷却系统中。
微通道换热器可以有效减小汽车发动机冷却系统的体积和重量，并提高冷却效果。
2.电子设备领域：随着电子设备的不断发展，其集成度和功率密度越来越高，导致热管理成为一个重要问题。
微通道换热器作为一种非常有效的热管理技术，可以用于电子设备的散热和温度控制。
3.航空航天领域：在航空航天领域，微通道换热器可以用于飞机发动机的冷却、热交换器的制造等方面。
微通道换热器可以在有限的空间内实现高效传热，并提高飞机的整体效能。
4.化工工艺领域：微通道换热器不仅可以在传统化工工艺中用于传热，还可以用于多相反应、气体/液体分离等工艺过程中。
微通道换热器可以提高化工反应的效率和产能。
微通道换热器研究进展与应用前景
微通道换热器研究进展与应用前景引言微通道换热器(Microchannel heat exchanger)和微通道热阱(Microchannel heat sinks)是20世纪90年代发展起来的高效换热设备，可广泛应用于化工、能源与环境等领域。
由于特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内，微通道换热器具有许多与常规尺度设备不同的特征，如体积小、重量轻、效率高、强度大等[1]。
换热介质通过的水力学直径从管片式的φ10~50mm，板式的φ3~10mm，不断发展到小通道的φ0.6~2mm，微通道的φ10~600μm，这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求，也是微通道具有的优良传热特性使然[2]。
微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。
1 微通道换热器的发展历程微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。
1981年，Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念；1985年，Swife、Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。
随着微制造技术的发展，人们已经能够制造水力学直径φ10~1000μm 通道所构成的微尺寸换热器。
1986年，Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器，体积换热系数达到7MW/(m3?K)；1994年，Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/( m3?K)；2001年，Jiang等提出了微热管冷却系统的概念，该微冷却系统实际上是一个微散热系统，由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。
如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器，可实现主动冷却，支持高密度热量电子器件的高速运行。
在汽车空调方面，由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用，已被《蒙特利尔议定书》禁止。
R134a作为一种过渡型替代品，由于其温室效应指数很高(约为CO2的1300倍)，也被《京都议定书》所否定。
微通道平板集热器的传热与流动分析
微通道平板集热器的传热与流动分析微通道平板集热器是一种高效的热交换装置，广泛应用于空气冷却系统、电子设备散热系统、太阳能集热系统等领域。
它利用微通道的优势，能够实现较大的传热面积和较高的传热效率。
本文将重点讨论微通道平板集热器的传热与流动分析。
首先，我们需要了解微通道平板集热器的结构和工作原理。
微通道平板集热器由一系列细小的通道组成，这些通道的尺寸通常在微米级别。
通过微通道平板集热器内部的流体完全接触和均匀分布，使热量能够快速传递，从而实现高效的传热。
在微通道平板集热器的传热分析中，最重要的参数之一是传热系数。
传热系数是衡量传热效率的指标，与流体的热导率、流动速度、通道尺寸等因素密切相关。
较高的传热系数意味着更高的传热效率。
因此，我们需要分析并优化这些影响传热系数的因素。
首先，通道尺寸对传热系数的影响非常显著。
较小的通道尺寸可以增加单位面积上的通道数量，从而增加传热面积，提高传热效率。
然而，过小的通道尺寸也会导致流体的流动阻力增加，影响传热效果。
因此，在微通道平板集热器的设计中，需要综合考虑通道尺寸与传热效率之间的平衡。
其次，流体的流动速度对传热系数同样有重要影响。
较高的流动速度可以增加流体与微通道间的换热面积，加快传热速度，提高传热系数。
然而，流体流动速度过高也会增加能量损失，并且可能导致流动不稳定。
因此，在微通道平板集热器的设计中，需要优化和控制流体流动速度，以达到最佳传热效果。
除了通道尺寸和流动速度外，流体的热导率也是影响传热系数的重要因素之一。
热导率较高的流体能够更快速地吸收和传递热量，提高传热效果。
因此，在微通道平板集热器的应用中，选择热导率较高的流体能够显著提升传热效率。
此外，微通道平板集热器的传热与流动分析还要考虑流体与平板之间的热阻。
热阻表示流体在单位面积上流动时，对传热的阻碍程度。
热阻越小，传热效率越高。
降低热阻的方法包括增加流体的流动速度、优化通道尺寸和形状，以及选择高导热性能的材料。
2024年汽车空调用微通道换热器市场需求分析
2024年汽车空调用微通道换热器市场需求分析1. 背景介绍随着汽车行业的快速发展和人们对汽车驾乘舒适性要求的提高，汽车空调成为了一项重要的功能。
而微通道换热器作为汽车空调系统中的关键组件，具有良好的热传导性能和紧凑的结构设计，在汽车空调行业中发挥着重要的作用。
本文将对汽车空调用微通道换热器市场需求进行深入分析。
2. 汽车空调用微通道换热器的功能和特点汽车空调用微通道换热器是一种热交换器，通过将制冷剂和热风进行换热，调节车内温度，提供舒适的驾乘环境。
其具有以下几个功能和特点：•高效换热：微通道换热器采用微小通道和高表面积设计，可实现高效换热，提高制冷剂的热传导效率。
•紧凑结构：微通道换热器相比传统换热器体积更小巧，可以有效节省汽车空间。
•轻量化设计：微通道换热器采用轻量化材料制造，减轻汽车整体重量，提高车辆燃油经济性。
•低温降解：微通道换热器材料具有良好的耐高温性能，能够在高温环境下长时间使用而不产生腐蚀或变形。
3. 2024年汽车空调用微通道换热器市场需求分析3.1 消费者需求随着消费者对汽车空调舒适性和能效的需求不断增加，对微通道换热器的市场需求也相应增加。
消费者对汽车空调用微通道换热器的期望主要包括以下几个方面：•高效制冷和制热：消费者希望汽车空调用微通道换热器具备高效的制冷和制热能力，可以快速调节车内温度。
•节能环保：随着环保意识的增强，消费者倾向选择使用能耗低、环保的汽车空调用微通道换热器，以减少对环境的影响。
•安静舒适：消费者对汽车空调用微通道换热器的噪音和舒适性有较高要求，希望能够提供安静、舒适的驾乘环境。
3.2 市场竞争状况当前汽车空调用微通道换热器市场竞争较为激烈，主要表现在以下几个方面：•技术竞争：不同厂商对于微通道换热器的设计、材料选择、制造工艺等方面进行技术创新，以提高产品的热传导效率和使用寿命。
•价格竞争：市场上存在多个汽车空调用微通道换热器供应商，价格竞争较为激烈，厂商通过调整价格和提供优惠销售政策来争夺市场份额。
微通道换热器的探讨
微通道换热器的探讨微通道换热器是近一两年提得比较多的新式换热器，它是指由0.05-0.1in.(1—2.5mm)厚，0.5-1 in.(12-25mm)宽，内部有许多0.5-1mm的微小通道的换热管组成的换热器。
虽然这种换热器在汽车空调（单冷型）及水箱上已经使用了很多年，但是在家用和商用空调与制冷产品上的应用却不多，开利在它的风冷螺杆冷水机30XA系列上使用了微通道换热器作为冷凝器，改进如下：1．换热量增加10%；2．制冷剂充注减少30%；3．风侧阻力减少50%。
现在微通道换热器的优点总结如下：1．强化了传热，提高了传热效率；2．缩小了换热器体积；3．减小了制冷剂的充注；4．空气侧阻力减小，所需风机，电机规格减小；5．因为是全铝材料做成，成本下降（但因为没有规模效应，仅指材料成本，单个产品仍比同规格翅片管式贵）6．有更好的抗腐蚀性；7．管内压力损失小；8．容易现场修补泄露点。
缺点如下：1．对于蒸发器，分液是一个重要问题，现在还不能很好解决；2．对于蒸发器，冷凝水的快速排出还没有很好解决，这又衍生出结霜化霜问题；3．因为空气侧阻力减小，使气流的不均匀性更加恶化；4．设计灵活性减小，如部分负荷，过冷管段的设计等。
微通道换热器作为冷凝器时，经过实验研究：1．体积可以缩小约25%；2．制冷剂充注可以减小约20%-40%；3．换热效率提高约10%对比测试：原型机规格：KFR-72LW：制冷量：7200W；制冷剂：R22 充注量：2.3kg 制热量：8200W（10300W）电源：220C/50Hz功率：2630W/2600W（电加热4700W）毛细管：OD2.5x630x3从表1可以看出，整体结构比原来小了，因为测试是借用原型机结构，所以微通道换热器的设计是主要是从安装方面考虑大小，所以迎风面减速小并不多，但从换热面积减小可以看出结构比原来小了。
从表2可以看出，因为对蒸发器的设计和应用还有一些问题，所以对于蒸发器使用微通道换热器效果并不比原来好，但对只使用微通道冷凝器的机组，性能有所改善，特别是制冷剂充注。
微通道换热器及其在制冷空调领域的应用前景
第 １卷 第 ４期 １ ２０ １１年 ８月
剖
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微 通 道 换 热 器 及 其在 制 冷 空调 领 域 用 前 的应
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单纯依靠 提高 系统 中的零部 件 性 能 （ 如使 用 高效 压
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能效 比 ， 必增加 了设 备 的成 本 ， 势 造成 大量 不可再 生
资源 的浪 费 ， 同时增 加 了消费者购 买 的成本 。
近年 来 ， 随着 铜 价 的一 路 攀 升 ， 调 系 统 铜 材 空 的替代 问题 引 起 了行 业 领 域 的 普 遍 关 注 ， 内人 业 士 一直在 积 极寻 求 铜 材 的 替 代 技术 。铝 作 为 铜 材
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苏尚美,张亚男,成方园(山东大学能源与动力工程学院,山东250002)摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.本文还讨论了工质的选择,微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景.关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构引言2O 世纪5O 年代末,著名的物理学家Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术的发展方向.换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油,化工,动力, 核能,冶金,船舶,交通,制冷,食品及制药等工业部门及国防工程中.其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位.如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标.器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效,更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生.1 微通道发展简史所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元.当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行,直观的分类是由Mehendale.s.s 提出的按其水力当量直径的尺寸来划分.通常含有将水力当量直径小于1mm 换热器称为微通道换热器. 早在二十世纪八十年代, 美国学者Tuckerman 和Pease 报道了一种如图 1 所示的微通道(Micro-channel) 换热结构.该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的"热障"问题. .随后Wu 和Little,Pfahler 等,Choi 等都对通道中的单相流进行了分析和研究.用于两种流体热交换的微通道换热器于1985 年由Swift 研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十. 美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O 年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等.卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH) 也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器.图一微通道的基本结构2 微通道中流体的流动特性由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应.2.1 微尺度效应对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001 时(其中为分子的平均自由程, 为水力当量直径) ,流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响.对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算.以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应) .对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化.由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫.表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加,其影响程度在逐步减小.2.2 入口段效应微电子器件尺寸一般都很小,集成在这些元件上的微通道长度也就很小.这样一来,在当量直径不太小的情况下, 无量纲长度( ) 的取值就很小(0.089≤ ≤0.399).当=0.05 时,流动趋于充分发展状态,可以计算得到流动入口段长度占总通道长度的百分比为12.5.入口段效应对工质流动的影响十分显著.3 微通道中流体的换热特性微通道对流换热不同于宏观(指尺寸>1mm)通道换热的机理.受通道形状,壁面粗糙度,流体品质,表面过热量,分子平均自由程与通道尺寸之比等众多因素的影响,微通道换热呈现出一些特殊的特点.3.1 换热效率随热导率的变化趋势根据径向热阻和器壁轴向热传导的影响,换热器效率随热导率的变化可分为 3 个区域:低热导率时,随热导率的增加,径向热阻的影响逐渐减弱,换热器效率增大,该区域可称为热阻控制区;热导率增加到一定程度时,换热器效率随热导率增加的趋势逐渐减弱,增至最大值后开始逐渐减小,称为高效换热区;热导率进一步增加时, 器壁轴向导热对换热过程的影响逐渐增强,换热器效率随之减小,并逐渐趋近于器壁完全等温时的换热效率50%,称为热传导控制区.3.2 流量对于换热效率的影响在低介质流量时,金属换热器的换热效率随介质流量的变化存在一个最大值,亦即对于确定结构的换热器而言,存在一个最佳的操作流量值.并且,在相同的流量偏差下,系统效率在亚负荷操作时,效率降低幅度要比在超负荷操作时大得,因此,在一定范围内,金属微通道换热器可超负荷运行,不宜在亚负荷状态下操作,这点与常规尺度换热器系统有明显的区别. 在高介质流量时,器壁轴向导热对换热效率的影响逐渐减弱. 随介质流量的增加,换热效率逐渐减小.3.3 微通道加工材质的选择在低介质流量时,热阻控制区为低热导率区.因此低热导率材料换热器(如玻璃)的换热效率要明显高于诸如金属等具高热导率的换热器.在高介质流量时,对于结构参数一定的换热器,随操作流量的增加,导热热阻对换热效率的影响逐渐增强, 高效换热区也向高热导率方向移动,换热器材料可用热导率相对较低的金属材料(如不锈钢). Bier 等对错流式微通道换热器内气-气换热特性进行了数值分析和实验研究,结果表明,不锈钢微通道换热器的换热效率高于铜微换热器..3.4 临界热流密度对于有相变的换热,微通道中的临界热流密度现象不同于常规通道.微通道中临界热流密度的产生是由于微通道的蒸汽阻塞.在达到临界热流密度之前,微通道的流动和传热主要是周期性的过冷流动沸腾,从微通道逸出的汽泡和进入微通道的液体反复交替冲刷微通道.一旦达到临界热流密度,微通道中的流动和传热主要是一个蒸汽周期性逸出的过程.一直持续到过热蒸汽的出现,直到最后整个微通道被过热蒸汽阻塞.3.5 入口段效应Nusselt 数随无量纲加热长度的增加而减小.而对于常规尺度下圆管内层流换热,当=0.05 时,换热趋于充分发展状态,Nusselt 数趋于定值 4.51.根据的取值范围0.013≤ ≤0.093,可以计算得到换热入口段长度占总通道长度的百分比为53.8%.入口段效应对工质换热的影响十分显著.4 微通道换热器换热性能此处以换热器的火用效率作为衡量换热器热性能的指标其中热效率——冷流体吸热量, ——热流体放热量; 温度火用效率, ——环境温度, , ——分别微冷流体吸热平均温度和热流体平均放热温度压力火用效率, ——冷介质相对火用耗损, ——热介质相对火用耗损4.1 热效率当热介质侧散热量一定时,热效率与换热量有关.根据热流密度公式: , 在传热温差一定时,微换热器无相变传热系数可达l0～15 ,有相变传热系数可达30～35 ;微通道具有高表面积-体积比, 微通道中流体与通道单位体积接触表面积要远大于常规通道中流体与通道的单位体积接触表面积.微通道可使热流密度高达100-150 ,而一般传统换热形式只能达到10—20 ,热效率可达0.95 以上.4.2 温度火用效率在传热温度水平一定时,传热温差引起的不可逆传热损失是火用耗损增加的原因. 表 1 温差对换热器火用效率的影响275 200 150 100 50 0 62.1 62.1 55.7 43.7 25.6 0 0.451 0.579 0.666 0.760 0.868 1 微通道换热器换热系数维持在一个较高的水平,从而减小了传热温差,减小不可逆传热造成的能量损失. 实验证明,采用10℃的去离子水作为冷媒,以 6 m/s 的速度流人微通道, 在 1 芯片上散热150 时水与芯片温差可维持在15℃以下,对500 的热通量快速散热时硅底部的温升只有21.153℃.由表可知,温度火用效率在0.92 以上.4.3 压力火用效率相对火用耗损, 由流动阻力决定,其中冷介质侧的相对火用耗损对压力火用效率的影响较大.尽管微通道内径很小,但其沿程流动阻力不大,微通道的摩阻比宏观理论值小31.6%～41.9%. 综合分析可知, 微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.5 工质的选择对于微通道热沉的设计来讲,无论采用沸腾换热还是采用单相强制对流换热,工质的选择都至关重要.用于微通道的传热介质一般是经过纯化的空气,氮气, ,水等.除此之外还有液氮,乙醇,硅油,氟利昂等液体,工程常用的乙二醇水溶液则少见报道. 根据换热系数关联式可以看出,在微通道长度,直径和介质流量一定时,宜选用在导热系数及比热比较大的工质.试验表明, 空冷硅微通道热沉的热阻小于 1 , 水冷硅热沉的热阻小于0. , 1 液氮冷却硅微通道热沉的热阻小于0. . O5 随着冷却介质导热系数和比热的增大,换热被加强.6 微通道结构的优化及加工微通道结构经历了从二维到三维的发展.常规微管道(阵列式),包括圆形,矩形,V 形,梯形,双梯形等的截面形状以及目前的一种基于热边界层中断技术的交错结构,大多属于准二维的直线形微管道.微通道内流量分配不均,微通道分布均匀性差,局部散热不佳成为二维微通道面临的难题.三维结构(分形网络) 的微通道正是在这种背景下发展起来的.常见的有树状分形结构,双层树状网络,T 形树状分形流体网络, 仿哺乳动物呼吸系统树状分形微管道结构和仿蜂巢结构的分形网络.三维微通道的加工制造技术:⑴光刻电镀(LIGA)技术:1986 年由德国W.Ehrfeld 发明,等利用高能加速器产生的同步辐射x 射线刻蚀, 结合电铸成形和塑料铸模技术发展出的LIGA工艺.控制光刻时的照射深度,亦即使用部分透光的掩模, 在曝光同一时刻光刻胶在不同处的曝光深度不同,从而获得的光刻模型可以有不同的高度,从而获得真正的三维为立体微型器件.⑵准分子激光微细加工技术:准分子激光处于远紫外波段,波长短,光子能量大,可以击断高聚物材料的部分化学键而实现化学"冷加工".利用准分子激光的掩膜投影直刻技术能获得大深宽比的微结构,加工面宽,成本低,可实现批量生产;利用聚焦激光束光栅扫描刻蚀技术能实现连续三维结构的加工. ⑶双光子聚合(TPP)加工技术: 是通过光敏剂中的非线性双光子吸收过程所引发的聚合反应, 采用多重断面分层叠加的方法进行加工,各断面的扫描数据从三维CAD 数据中得到.在聚合反应后,没有固化的液态树脂,其采用在树脂上浇注类似于酒精之类溶剂的方法去除,从而显露出聚合的三维微结构. 随着加工制造技术的发展,目前已实现了一些复杂的机械表面.但从当前国际微型机械产品的生产来看, 三维复杂微成形在技术上仍未得到很好的解决,正在积极开发新型的,更有效的微加工和微成形技术.7 微通道换热器的应用前景目前,随着微型机械电子系统和微型化学机械系统的发展,传统的换热装置已不能满足应用系统的基本要求,换热装置微型化的发展成为迫切要求和必然趋势;另外,随着能源问题的日渐突显,也要求在满足热量交换的前提下,尽可能缩小设备体积,即提高设备的紧凑性,进而减轻设备重量,节约材料,并相应地减少占地面积. 微通道换热器具有结构紧凑,换热效率高,质量轻,运行安全可靠等特点.它在微电子,航空航天,医疗, 化学生物工程,材料科学,高温超导体的冷却,薄膜沉积中的热控制,强激光镜的冷却以及其它一些对换热设备的尺寸和重量有特殊要求的场合中广泛使用;特别是微型核反应堆的试运行,燃料电池动力潜艇的试航,微透平机械以及微化学仪器的应用等,微型化的换热装置作为相应系统的配备设备发挥了举足轻重的作用.正是由于微换热器具有许多常规尺寸设备所无可比拟的优越性,近几年微换热器的研究和应用发展得非常迅速. 微通道冷凝器已经在汽车空调上广泛使用,而挪威J.Petterson 也设计出了适用于跨临界汽车空调的微通道换热器.微通道换热器用于针对电力电子器件(例如IGBT)的大功率集成热路,达到散热流密度600 ,目前理论计算的散热能力可 1 .预计未来几年,高速IC 的发热可能会达到200 ,开发能适应此功率的微通道散热器已有了进展. 目前,微型换热装置虽然在设计,制造,装配,密封技术和参数测量(无接触测量技术)等技术方面还存在很多难点,但随着大量的试验和数值模拟对其结构,性能等的技术改进和优化设计研究,微型换热装置将日趋成熟,成为一种具有广泛应用前景的新型设备. 参考文献[1] 宋之平,王加璇.节能原理[M].北京:水利电力出版社,1985.238～240. 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