微尺度流动及换热研究进展综述
水平管内R1234yf的流动沸腾换热特性
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第7期水平管内R1234yf 的流动沸腾换热特性冯龙龙1，钟珂1，张羽森1，商庆春2，贾洪伟1（1东华大学环境科学与工程学院，上海201620；2山东电力建设第一工程有限公司，山东济南250200）摘要：通过实验研究了环境友好型制冷剂R1234yf 在内径为0.5mm 的水平圆形微通道内的流动沸腾换热特性，测量了不同工况下R1234yf 的沸腾换热系数（HTC ），并与传统制冷剂R134a 进行了对比，分析了质量流速、热流密度和干度对换热系数变化规律的影响。
实验条件为：饱和温度(17±1)℃，质量流速1000~2500kg/(m 2·s)，热流密度25~143kW/m 2。
实验结果表明：R1234yf 的换热系数随着热流密度的增大而显著增大，而质量流速和干度的影响较小，核态沸腾为其主导换热机制。
对比R1234yf 和R134a 在相同工况下的换热特性，发现两种工质的平均换热系数差别较小，并均随着热流密度增大而逐渐增加，但是R1234yf 发生干涸（Dryout ）时的热流密度小于R134a 。
将实验数据与已有文献中的核沸腾主导的经验关联式的预测结果进行了对比，得到了较好的吻合。
关键词：制冷剂R1234yf ；微通道；流动沸腾；关联式中图分类号：TK124文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）07-3502-08Flow boiling heat transfer characteristics of R1234yf in horizontalmicrochannelFENG Longlong 1，ZHONG Ke 1，ZHANG Yusen 1，SHANG Qingchun 2，JIA Hongwei 1(1College of Environmental Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China;2ESPCO1ElectricPower Construction Co.,Ltd.,Jinan 250200,Shandong,China)Abstract:The flow boiling heat transfer characteristics of environmentally friendly refrigerant R1234yf in a 0.5mm horizontal circular microchannel were studied experimentally.The heat transfer coefficients (HTCs)of R1234yf were measured and compared with that of R134a,and the effects of mass flux,heat flux and vapor quality on HTC were analyzed.The saturation temperature was (17±1)℃,and the mass fluxes vary from 1000kg/(m 2·s)to 2500kg/(m 2·s)with heat fluxes ranging from 25kW/m 2to 143kW/m 2.The experimental results showed that the HTC of R1234yf in 0.5mm microchannel increases with the increase of heat flux,while the mass flux and vapor quality showed a weak influence on it.The trend indicated that nucleate boiling was the dominant mechanism for flow boiling heat transfer.In addition,the heat transfer performance of R1234yf and R134a were compared under the same working conditions.The HTCs of R1234yf and R134a were almost identical and both increased with the increase of heat flux,but the heat flux for the occurrence of dryout of R1234yf was smaller than that of R134a.Finally,the experimental data for the two refrigerants were compared with two nucleate boiling-dominated correlations from literature and good agreements were obtained.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1823收稿日期：2021-08-25；修改稿日期：2021-11-01。
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。
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告(国内文献)读书报告示意
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告（国内文献）1. 曲伟,马同泽,微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应, 航天器工程，Vol13，No.2,36-45，2004主要内容：本文对小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。
研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
主要结论：对于薄液膜传热，各种力的对比发生根本的变化，脱离压力(Disjoining Pressure)和毛细力(Capillary Pressure)占有主导地位，而重力、粘性力、惯性力相对不重要。
在薄液膜传热和流动研究中发现，脱离压力和毛细力的对比也会因空间尺度、表面微观粗糙度等的不同此消彼长。
由于尺度减小，壁面的相对粗糙度变得越来越重要，即使是对光滑表面来讲，壁面粗糙度也是不能忽略的了，原因是光滑壁面的纳米量级的粗糙度也会改变薄液膜的吸附热，从而改变了脱离压力和毛细力的相对大小。
关于薄液膜稳定性，对薄液膜叠加了表面力，如果薄液膜出现不稳定，则会加剧其表面的波动。
可知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量两种方法均能提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
在相同的当量直径及相同加热温差下，三角形截面毛细管内总的蒸发传热量最大，圆形截面毛细管的最小。
存在问题和拟定解决措施：2.崔晓钰，翁建华，M.Groll，铜/水振荡热管传热特性的实验研究，工程热物理学报，Vol.24，No.5，864－866，2003主要内容：实验装置如上图。
微纳米流体力学研究进展与应用前景
微纳米流体力学研究进展与应用前景随着科学技术的持续不断的发展，微观领域的研究越来越受到人们的重视，其中微纳米流体力学是一个引人注目的领域。
它涉及了很广泛的研究领域，包括工程学、生物学、化学和物理学等，其研究成果和应用前景在科学界和工业界都备受瞩目。
一、微纳米流体力学的相关背景微纳米流体力学是研究微观流体现象的一门交叉学科，它主要研究物质在微米甚至纳米级别下的流动、传热、物质转移和反应等现象。
随着科技的进步和微纳米制造技术的发展，微观领域中越来越多的微纳米结构和器件开始被开发和应用。
而这些微纳米器件和结构中的流体现象已经成为一个重要的研究方向。
微观领域内的流体现象受到了较大的且不易预测的表面张力、纳米粘弹性和较大的比表面积以及宏观领域内缺失的经典统计物理变量的影响。
另外，微观领域内的热和质量传递通常也表现出非常奇特和独特的行为，例如微比例尺下的纳米级流体的热传递以及液体分子扩散行为。
二、微纳米流体力学的研究进展微观领域的流体研究始于20世纪70年代，最初是基于微硅管的实验技术和数值模拟。
20世纪80年代，研究者应用光学技术和集成电路制造技术，成功地实现了微流控技术的开发和应用。
随着计算机科学和纳米制造技术的迅速发展，微型流体动力学领域得到了更深入的研究。
近年来，该领域的研究已经开始向更加复杂和细致的方向发展。
研究者对微纳米流体力学的探索涵盖了不同的范围，如微纳米流体驱动、悬浮在毛细管、微流体芯片和液滴动力学、微流体特征与控制、纳米流体的流动起伏、分子力学、热力学、气体的分子动力学等。
同时，相关的微观领域流体现象的理论模型、数值模拟和实验研究也相继涌现。
三、微纳米流体力学的应用前景微纳米流体力学领域的研究成果和应用前景在工业、医学和生物领域中都十分广泛。
例如，微纳米流体技术已经被应用于药物筛选、基因测序、生命科学和生物医学工程等领域。
在这些领域中，微纳米流体技术不仅可以大幅提高实验效率和降低成本，而且能够提供更准确的分析结果。
最新微尺度传热ppt
图1 多尺度的客观世界
微尺度的流动和传热与常规尺度的流动和传热的 不同的原因：
（1）当物体的特征尺寸缩小至与载体粒子的平均自由程同一量级时， 基于连续介质概念的一些宏观概念和规律就不再适用，粘性系数、导 热系数等概念要重新讨论 , N-S方程和导热方程等也不再适用。
微细尺度传热是近些年形成的一个新的学科分支，主要研究空间尺度和时 间尺度微细情况下的传热学规律。当尺度微细化后，其动和传热的规律已明显 不同于常规尺度条件下的流动和传热现象，换言之，当研究对象微细到一定程 度以后 ,出现了流动和传热的尺度效应。“微细”只是一个相对的概念 ,而不是 指某一特定尺度。不同的场合会有不同的定义。所谓“微尺度”并没有严格的 界定,只是一个相对大小的概念，它不仅包括空间尺度，还包括时间尺度。随着 研究对象的不同,出现微尺度效应的时空尺度范围也不相同。通常所指的空间微 尺度是跨越微米到原子尺度的宽广范围:
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
翅片管式换热器的研究进展
01 引言
03 研究方法 05 参考内容
目录
02 文献综述 04 结论与展望
翅片管式换热器是一种广泛应用于制冷、加热和能源回收等领域的高效换热 设备。本次演示旨在综述翅片管式换热器的研究现状、存在的问题以及未来的研 究方向，为相关领域的研究提供参考。
引言
翅片管式换热器具有传热效率高、占用空间小、应用范围广等优点，在能源、 化工、制冷、建筑等领域得到广泛应用。随着科技的不断进步，对翅片管式换热 器的性能和效率的要求也不断提高。因此，研究翅片管式换热器的优化设计、提 高其传热性能和效率具有重要意义。
自20世纪90年代中期以来，我国板翅式换热器技术得到了快速发展。国内企 业不断加大技术研发力度，提高产品质量和生产效率。同时，国内企业还积极与 国外企业进行合作，引进先进技术，提高自身的竞争力。
目前，我国已经成为全球板翅式换热器的主要生产国之一。国内企业不仅在 数量上实现了突破，还在技术水平和产品质量上取得了显著进展。
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3、提高耐腐蚀性能：通过选用新型耐腐蚀材料、优化翅片结构设计等手段， 提高板翅式换热器的耐腐蚀性能。
4、扩大应用领域：随着各个行业的不断发展，板翅式换热器的应用领域将 进一步扩大。例如，在新能源领域，板翅式换热器可以用于太阳能热水器、地源 热泵等领域；在环保领域，板翅式换热器可以用于废热回收、污水处理等领域。
在制造工艺方面，国内企业不断探索新的加工方法和材料，提高生产效率和 产品质量。例如，采用先进的数控机床和机器人技术，实现自动化生产；采用新 型高分子材料，提高产品的耐腐蚀性和机械强度。此外，国内企业还注重加强与 国际先进企业的交流合作，引进先进技术和管理经验，提高生产管理水平。
在应用领域方面，我国板翅式换热器已经广泛应用于石油、化工、能源等众 多领域。例如，在石油化工领域，板翅式换热器可用于反应器、蒸馏塔、加热炉 等设备的换热；在能源领域，板翅式换热器可用于余热回收、地热发电等项目。 此外，板翅式换热器还可应用于制冷、环保等领域。
沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述
沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述戴含晖张程宾*东南大学能源与环境学院摘 要： 微尺度核态沸腾传热在电子信息工业和微电子机械系统等领域有着重要的应用。
使用数值模拟的方法对 微尺度核态沸腾过程进行研究很好的解决了由实验方法带来的诸多问题。
尤其介观方法，即格子Boltzmann 方 法， 既无需人为设置核化点， 又能完整复现沸腾过程气泡成核、 长大、 聚并等动力学行为和相变传热特性， 相较于 宏观方法和微观方法具有显著优势。
就沸腾相变传热机理而言， 微尺度核态沸腾的传热强化技术主要包括构建表 面微结构和修饰表面润湿性。
其中， 表面微结构为核态沸腾的成核提供了有利条件，同时又增大了传热面积。
表面 做疏水处理有利于提高核态沸腾气泡生成速度， 且起始沸腾点较低， 在低热负荷条件下传热效果更好。
而亲水表 面能够达到更高临界热流密度。
因此， 对微结构表面进行润湿性改性是进一步提升核态沸腾换热性能可行方向。
关键词： 核态沸腾 传热强化 数值模拟Research Progresses on Numerical Simulation of theMechanism of Boiling Heat Transfer and EnhancementDAI Hanhui,ZHANG Chengbin*School of Energy and Environment,Southeast UniversityAbstract: The microscale nucleate boiling heat transfer shows great potential in the electronic information industry and micro electromechanical system.The problems encountered in experimental study on the microscale boiling heat transfer can be solved by numerical methods.Particularly,the mesoscopic method,lattice Boltzmann method,do not need to artificially set the nucleate site,and can completely simulate the dynamic behaviors of bubble nucleation, growing,coalescence and phase change heat transfer characteristics during the boiling process,and thus presents significant advantages when compared with macroscopic methods and microscopic methods.In terms of the mechanism of nucleate boiling,the heat transfer enhancement technology includes the construction of the microstructure on the heating surface and the modification of surface wettability.The microstructured surface not only provides more nucleate sites for boiling,but also expands the heating surface.Hydrophobic surface is favorable for the formation of bubbles and can reduce the onset of nucleate boiling point,while the hydrophilic surface promotes a higher critical heat flux. Therefore,the wettability modification on the microstructured surface is a feasible method to further improve the nucleate boiling heat transfer performance.Keywords: nucleate boiling,heat transfer enhancement,numerical simulation收稿日期： 2020323通讯作者： 张程宾 （1983~）， 男， 博士， 副教授； 东南大学能源与环境学院 （210096）； Email:***************.cn基金项目： 国家自然科学基金 （No.51776037、 No.52022020）微尺度核态沸腾传热过程以优越的换热性能， 在 电子信息工业和微电子机械系统等领域得到了广泛的应用， 揭示核态沸腾相变传热机理并有效强化沸腾换热能力对提高相关机械电子设备运行可靠性和稳 定性具有重要的科学意义和应用价值。
脉动强化传热研究综述
特 征及 火 焰存 管 中 的位 置 、 中 火焰 燃烧 所 管 产 生 的气 流特 征 等 有 关 。 自激 励 脉动 燃 油锅
燃 烧产 生 脉动 尾气 来 实现 脉动 传 热 ， 相应 的
设 备 即 为 脉动 燃 烧 器 。 理 方 法 主 要 是 通 物
过 机 械 设 备 产 生 脉 动 流 或 者 是换 热 表 面振 动 ， 献 ［ 中分 别 把 脉 动 流 和 换 热 面 振 动 文 ６
的 设备 命 名 为 压 降激 励 法 （ ｒｓｕｅｄｉｅ ｐｅｓｒ ｒ ｎ ｖ
传热试验研究， 结果表明与稳定流相比脉动
流换热 系数 明显提 高约 １ ％～ ０ Ｏ ４ ％。 脉动 流 是工程 上 经 常遇 到 的流 动 状态 ，
到 了在脉 动 流 作用 下 ， 角 形槽 道 内漩涡 ： 三 生 、 展 和 脱 离 槽 道 的整 个 过 程 ， 用 所 得 发 并 数据 ， 析 了脉 动 流 强 化传 热 的机 理 。 外 ， 分 此 越 来 越 多 的学 者依 托 先 进 的仪 器 设 备 ， 丌始
ｍ ｔｏ ） 和 边 界 激 励 法 （ ｏ ｎ ａｙｄｉｅ ｅｈ ｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｒ ｎ ｖ
ｍｅ ｈ ｄ）。 ｔｏ
集 成 块 中 的各 电子 元 件 的 散热 ， 长 电子 冗 延
件 的使 用 寿 命 方 面 具 有 巨大 开 发 潜 力 。Ｋ． Ｃ Ｌ ｏ ｇ等 ［ 对 脉 动 空 气 通 过 金 属 多孔 ． ｅｎ １
了对 微尺 度 脉动 传 热 的 机理 研 究 ， 已取 得 并 了一 定的成绩 。
微尺度 传热
这里v0为特征速度，ν为流体动力黏度。Mach数 为流动速度与声速的比值
v0 Ma a0 (5.9)
Mach数为流体可压缩性的动力学测速。基于气体 分子动力学理论，可将平均自由程与黏度关联起 来，即
三、流体模型区域划分
1 L * vm 2
(5.10)
其中µ 为黏度， 于声速，且
一、导言
论偏离于传统流体力学理论所预示的情况，其摩 擦因子是Reynolds数的函数，乘积(f Re)值取决于 槽道表面的粗糙度，且最高可达118，远大于传统 流道下对应的层流值64，而且流体从层流转变到 湍流时的Reynolds数约为1000，这也与传统认识 不同；此外，Pfahler等对尺寸在0.5µm到50µ m的 槽道内气体和液体进行了一系列实验研究，其流 动假设得到充分发展，且槽道长度与其水力学直 径的比值非常大，因不能找到计算可压缩流的阻 力因子公式，作者们引用了前人的观察结论，将 不可压缩流的值用于一些亚音速可压缩流，于是 所测得的摩擦因子与采用不可压缩流理论预示出
二、一个典型微尺度流动现象
f (110 8) / Re Re 900 900 Re 3000 f (0.195 0.017) / Re0.11 3000 Re 15000 (5.4) f 0.165(3.48 log Re)2.4 (0.081 0.007)
三、流体模型区域划分
对稀薄气体动力学的先期实验工作，是由Knudsen 在1909年完成的，在零Knudsen数极限，连续动量 和能量方程中的输运项可以忽略，而N-S方程可简 化为无黏Euler方程，热传导、黏性扩散以及耗散 效应均可忽略。从连续介质的观点看流动可近似 为等熵(即绝热及可逆)过程，而分子观点则认为每 一处速度分布均处于局部平衡或呈Maxwell形式。 随着Kn的增加，稀薄效应变得更为显著，从而会 最终使连续模型不再成立。不同Knudsen数区域可 归纳如下：
微通道换热器的分析和应用前景
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微通道换热器特性分析及应用前景
微通道换热器的优化发展趋势：
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高效换热性能和紧凑结构一直以来都是换热器追求的目标，考虑换 热器制造成本的同时，可根据换热器组成部件进行参数化研究，得到高 效经济的换热器：
1) 翅片的优化
2) 换热器的布置
3) 扁管的结构和优化 4) 回路设置 5) 集流管的设计 6) 新型材料和管型的开发
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微通道换热器特性分析及应用前景
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微 通 道 换 热 器 主 要 优 势
高效紧凑
节材降成
良好的 抗腐蚀性
可持续 发展
高效紧凑
减小接触热阻； 减小圆柱绕流； 多孔多通道换热 系数提高；减小 空间
节材降成
体积小节省 材料；制冷 剂充注量减 小；可用小 型风机
良好的抗腐蚀性
铝合金配 合图层防 止电偶腐 蚀
换热器按尺寸分类：
通常, 换热器通道当量直径在1---1000um的换热器 称为微通道换热器, 当量直径在1---3mm的换热器称为小 通道换热器, 当量直径大于3mm的换热器为常规换热器。
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微通道换热器特性分析及应用前景
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主要内容：
1.微通道换热器的现状及结构性能分析 2.微通道换热器的主要优势 3.制冷空调行业应用中存在的困难 4.微通道换热器的发展趋势
可持续发展
回收无需铜 铝分离；制 冷剂充注量 泄露量减小
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微通道换热器特性分析及应用前景 制冷空调行业应用中存在的困难 ：
1 凝结水排除
增大了凝结 水与换热器 间的接触角 和接触面 ； 表面粗糙度 大，孔径小
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2019年第3期（总第47卷第337期)建筑节能■暖通空调
doi： 10.3969/j.issn. 1673-7237.2019.03.016
微尺度流动及换热研究进展综述张灿，祁影霞(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)
摘要：随着现代设备的微型化发展，微通道换热器由于体积小、换热强而受到广泛关注。由于在微 尺度下，宏观传热机理已经不能适用，这使得在微尺度换热受更多因素影响。对微通道内相 变传热、非相变传热等研究进行了综述，分析对比了微通道内不同的换热形式的研究现状。 在非相变问题上，发现通道形状对流型并无影响，纳米流体能够有效促进换热，但两相流的换 热问题以及不同种类的纳米流体优越性问题尚未研究。在相变问题上，质量流量、水力直径 和热流量会影响冷凝换热和压降，工质种类、宽高比等会影响蒸发换热，但壁面粗糙度、通道 形状等对相变传热的影响程度并未研究。关键词：微通道；相变传热；非相变传热中图分类号：TU83;TK12 文献标志码：A 文章编号：1673-7237(2019)03-0075-06
Review on Study of Heat Transfer in Microscopic ScaleZHANG Can，QI Ying-xia(School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Sci. &Tech., Shanghai 200093, China) Abstreict： With the miniaturization development of modern equipment， the microchannel heat
exchangers have atteetion due to their many advantages，such as small size and stroog heat transfer.
MicroChannel heat exchange has become a foccs 〇o modem scholars. The researches oo te phase
transition heat transfer and non-phase transition heat transfer ip microchannels are review^ee， aad te research status 〇o different heat transfer modes ip microccaanels is aaalyzee ann ccmparee. On te noo
-
phase transition issue，it is found that flow pattern has not beee affectee by ccannel shape，naaofuiPs cca
effectively promote heat transfer，but the two-phase floyw heat transfer anO te superiority 〇o different tyyes
〇o nanofluids have not been studied. On the phase traasitioo issue，mass flow，hyyraulic diameter aaO heatflow? will affect the condensing heat transfer aaO pressure droo. TTe type 〇o work fluid，aad awill affect the evaporative heat transfer. However，Wx influeecc 〇o wwll rooggness and cfiaanel shae othe phase transition heat transfer has not beee swpief.
Keywords：microchannel； phase transition heat transfer； non-phase transition heat transfer
0引言随着科技的不断进步与发展，各项技术与器械元 件都趋向于集成化、微小化、紧凑化发展。机动车辆、 航空以及低温制冷技术等领域产生了各项微型化技 术的研究和开发。微/纳机电系统（MEMS/NEMS)、 微型化学机械系统技术（MCMS)[ 12等越来越多的微 型系统、技术的产生，使得微尺度领域引起了学者们 的关注。1981年，Tuckerman首次提出了微通道冷却 技术[3]，将微通道换热器带到了大家的眼前。自此之收稿日期：2018-05-7;修回日期：2018-06-26后，因为其能满足高效传热、传质和化学反应的要求， 学者们对微通道进行了深入研究。微通道是指截面直径介于11 000 之间的管道[]。由于其尺寸与宏观尺寸有较大区别，所以常见 的宏观规律无法在微通道中直接使用，比如宏观通道 的N - S方程在微通道中不再成立;宏观通道可直接 忽略的小粗糙度影响对微通道中流体的流动却影响 深远[45]。在过去的几十年里，研究人员们对微通道 影响因素进行了大量研究，如通道宽高比、孔隙率、通 道形状、通道材质等。学者们发现，当宽高比增加时，
^5张灿，等：微尺度流动及换热研究进展综述1E-31E-30.01 0.10mc /(m/s)⑷1.001E-30.01 0.10Kc/(m/s)(b)1.00
图1羟甲基纤维素水溶液浓度和微通道宽高比对流型图的影响[ Fig. 1 Effects on the flow patterns map [13 ]
I丄
0.10wt%CMC
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流体换热性能增强;截面为圆形的微通道换热效果比 正方形、等边三角形和矩形微通道好[6'7]。此前，也有 学者对微通道换热进行了综述研究，但主要论诉了工 质以及微通道本身对其换热的影响[36'37]。工质和微通道的结构、形状等对微通道内相变传 热和非相变传热的影响在之前的综述中并未进行论 述，这也造成了对研究现状综述的一种缺失。笔者以 大量学者的微通道研究为基础，从微通道内相变传热 和非相变传热两个方面综述了其发展现状，发现在非 相变传热问题上，通道形状对流型并无影响，纳米流 体能够有效促进换热，但两相流的换热问题以及不同 种类的纳米流体优越性问题尚未研究。在相变问题 上，质量流量、水力直径和热流量会影响冷凝换热和 压降，工质种类、宽高比等会影响蒸发换热，但壁面粗 糙度、通道形状等对相变传热的影响程度并未研究。1非相变传热许多学者在非相变传热问题上主要关注单相流动 和多相流动，对其流动进行了实验和模拟研究。学者 们对两相流的流动做了充分研究，发现通道形状对流 型并无影响，对于气液两相流，液相速率对流型影响较 大，但学者们对于两相流中的换热问题研究并不明确。 近年来，纳米流体备受学者关注，研究发现，纳米流体能 够有效促进换热，但并没有指明不同纳米流体的组合之 间的换热性能优越性、流动过程中其体积分数是否固定 不变以及纳米流体的制备问题等方面还有待研究。1.1单相流Sahar等人以数值模拟研究了水力直径(d)、宽高 比(AR)对单相流动和传热的影响。模拟在ANSYS Fluent 14. 5中进行，为防止共轭传热效应，作者采用 三维薄壁模型，以水作为工质，Re = 100 -2000。当 AR >2后，壁面速度分布斜率显著变化;水力直径和 宽高比对水里入口长度无影响；尽管随着水力直径的 增加，Nu数相应增加，但传热系数却没有变化[8]。Zhai等人参照之前对微通道内层流对流换热的 研究产生的经验关联式，建立经验模型研究了压降、1.00 I------------------------------------------------------粗糙度、Nu数和热阻对对流换热的影响。并建立了 模拟模型和实验模型进行了验证，发现三者之间的压 降和Nu数都小于10%;随着Re数的增加，热阻减小; 通道内的流动分布和温度场分布一致[9]。王小飞等人对矩形、圆形、椭圆形、三角形和梯形 五种内部形状的微通道进行了微通道内流体在层流 流动方式下的流动与传热的计算机仿真研究，对比了 不同形状对微通道内部流动换热性的影响规律。结 果表明，在水力直径为1. 16~3. 12 mm范围内和长度 为10 mm的微通道中，注入初始速度为0. 1 m/s的液 体水，内部因素对微通道内流体的压力分布规律影响 不大，对流速分布规律影响也不大，但是对压力大小 和速度大小有明显的影响[1°]。1.2 两相流
周云龙等人以氮气和水为工作流体，在矩形截面 为100 pm x 800 pm的T型微通道内进行了气液两
相流可视化实验，观测到弹状流、弹状-液环流、环状 流、分层流和搅拌流。通过对比对弹状流、环状流和 分层流相分离实验结果，证明在T型微通道内气液两 相流相分离特性受上游流型影响。当流型一定时，液 相采出分率随着人口液体速率增加而减小，而气体速 率变化对液相采出分率影响不大[11]。Tsaoulidis等人研究了微通道内疏水离子液体和
水两相流的流型和压降，入口段采用T型和Y型结 构。研究发现入口形状并不影响流型变化。在相同 的流动速率下，两相流压降随着离子液体的体积分数 减小而增加，但总是比单相流的压降大。在高流速 下，流型由弹状流向环状流转变，压降因此升高[12]。Fu等人实验研究了矩形微通道内牛顿流体和非
牛顿流体两相流的流型变化，微通道入口段采用T型 结构。在实验中，发现了弹状流、滴状流、平行流和喷 射流四种流型。不同流型的产生取决于两种流体的 流速。随着浓度和宽高比的增加，弹状流和滴状流的 分界线下移，喷射流和平行流、喷射流和滴状流、喷射 流和弹状流的分界线左移，如图1所示[13]。1.00
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