微通道換熱器不同管型條件下換熱情況的數值模擬

鄭家歡　高景略

（河南工業大學土木建筑學院，河南 鄭州 450001）

微通道換熱器不同管型條件下換熱情況的數值模擬

鄭家歡高景略

（河南工業大學土木建筑學院，河南 鄭州 450001）

流體在管道內換熱情況是提高微通道換熱器效率之中極為重要的一個環節，不同管型下由于摩擦阻力、黏性耗散等因素的影響導致換熱情況各不相同，找出合理的管型對微通道換熱器換熱情況研究有重要意義。

微通道；換熱器；管型；數值模擬

1　不同管型的微通道換熱器物理模型

在確定管道的尺寸時要注意選擇相同當量直徑的管道進行研究，本文根據公式r=2ab/（a+b）選取尺寸寬為0.2mm、高為0.3mm的矩形管道、半徑r=0.12mm的圓管，圓角扁管則采用將扁管直邊延伸相交后與矩形管相同的尺寸扁管。

1.1初始條件和邊界條件的確定

微通道換熱器內流體的流相為單向流，流體是293K的去離子水，流速0.5m/s，模型需選用k-ε湍流模型，流體流動在x，y，z方向上速度收斂殘差值為1x10-3，壓力速度耦合選項為simple算法，湍流耗散率、動量、湍流動能以及能量方程都設定為一階迎風格式，能量收斂殘差值為1x10-6，管道材料為硅，換熱器功率為2kW，管道外壁設置為絕熱［1］。

1.2網格劃分

根據已知對象的尺寸和條件，用Gambit軟件進行模型的建立并且劃分網格，由于微通道結構的復雜性，進行非結構網格劃分，圖1為矩形管道三維模型及網格劃分示意圖。經過數值模擬分別得到不同管型下溫度和壓力分布示意圖2-4。

1.3分析與比較

對于不同管型微通道內流體流動的溫度分布，圓管溫度分布更加均勻且傳熱效率更高，而扁管的傳熱效率比矩形管稍好。對于壓力分布，圓管壓力損失最低，其次圓角扁管，這是由于相同當量直徑矩形管內表面面積最大的原因。

2　不同管型微通道換熱器數值模擬

對不同管型的微通道換熱器進行模擬，圖5為矩形微通道換熱器模型圖。

建立模型后，對不同管型的微通道換熱器代入各自初始條件和邊界條件進行數值模擬，數值模擬結果如圖6。

圖1　矩形管道模型建立及網格劃分示意圖

圖2　矩形微通道流體溫度分布示意圖

圖3　圓管微通道流體溫度分布示意圖

圖4　圓腳扁管微通道流體溫度分布示意圖

圖5　矩形管道示意圖

圖6　加熱10S矩形管道微通道換熱器流體溫度分布

圖7　加熱10S圓形管道微通道換熱器流體溫度分布

圖8　加熱10S圓角扁道微通道換熱器流體溫度分布

對于壓力損失的分析依然是圓形管道微通道壓力損失最小，其次是圓角扁管微通道換熱器，矩形管道微通道換熱器壓力損失最大。

3　結論

3.1對于單根管道的微通道，圓形管道微通道換熱器在換熱能力和壓力損失方面都優于圓角扁管和矩形管道微通道換熱器，在材料耗費方面也更加節省。

3.2對于多根微通道管道并排排列微通道換熱器，圓角扁管微通道換熱器在換熱性能方面占有明顯的優勢，而圓形管道微通道換熱器的效率相比較其他兩種管型最低，雖然壓力損失較大但經綜合比較，圓角扁管微通道是值得選取的管型。

［1］王淑蓮.工程流體力學［M］.沈陽：東北工業學院出版社，1990.

Numerical simulation of heat transfer in different tube type of micro channel heat exchanger

Zheng JiahuanGao Jinglue
（School of Civil and Architectural Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

The fluid in the pipe for heat exchange is very important for improving the heat exchanger efficiency in micro channel heat exchanger，heat exchange under different types of pipe is different due to the influence of fric?tion resistance，viscous dissipation and other factors，finding out reasonable tube type has important significance on the heat research of micro channel heat exchanger.

micro channel；heat exchanger；tube type；numerical simulation

TU831

A

1003-5168（2015）05-0096-2

2015-4-20

鄭家歡（1991-），男，碩士研究生，研究方向：工程傳熱學。