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    6.3.2介質為水的紊流微通道的傳熱計算
    
								
    日期：2022-01-11 01:29:05點擊：284
    
								
    
	6.3.2介質為水的紊流微通道的傳熱計算
    
	1.通道內換熱系數的計算
    
	根據文獻[3],通道內流體紊流換熱時
    
	
    

    
適用條件是:
    
為了滿足,的條件，取,管內應滿足的流速為, 選取平均溫度為50℃時的水的物性值，由式(6.3.2)計算的各通道內的換熱系數示于表 6. 3.2 中。
    
此外，為了計算微通道翅片效率，對翅片內的傳熱路徑和影響范圍需加以說明，如圖 6- 3.2所示。圖中,3為翅片的節距,b=t+W；H為翅片的垂直高度，考慮到頂部蓋板部分, 翅片的有效高度     = H+b/2。

    
	
    

    
	圖6. 3.2翅片的影響區域
    
 
    
由式(2.4.7)可知，直翅片的翅片效率的計算式為
    

    
式中，為翅片材料的導熱系數，硅翅片:；銅翅片：。 表6. 3.2列舉了 4種不同型號和不同換熱系數h值下的翅片效率,的計算結果。
    
此外，為了通道傳熱計算，需要求岀以基板表面為基準的換熱系數h
    
表6.3.2翅片效率和基板表面換熱系數
    

    
	
		
    
			
				型號
			
				材質
			
				當量直徑
    
				    		
			
				通道內水流量 v/(m • s_,)
			
				通道內換熱系
			
				翅片效率
    
				    		
			
				基板表面換熱系數 
		
    
		
    
			
				1
			
				硅
			
				1.0
			
				5. 54
			
				39 167
			
				0. 62
			
				58 946
		
    
		
    
			
				銅
			
				0. 80
			
				66 584
		
    
		
    
			
				2
			
				硅
			
				1.5
			
				3. 69
			
				26 111
			
				0. 47
			
				56 008
		
    
		
    
			
				銅
			
				0. 62
			
				69 716
		
    
		
    
			
				3
			
				硅
			
				1. 714
			
				3.23
			
				22851
			
				0. 26
			
				50 043
		
    
		
    
			
				銅
			
				0.41
			
				72 323
		
    
		
    
			
				4
			
				硅
			
				1. 818
			
				3. 05
			
				21 544
			
				0. 17
			
				49 228
		
    
		
    
			
				銅
			
				0. 28
			
				74 111
		
    
	    

    

    
	 
    
在圖6. 3. 2中，以一個翅片的影響區域計算，翅片外表面積,設翅片 縱向尺寸L=1;翅片兩側的裸露面積；翅片基板面積。則以 基板面積A。為基準的換熱系數為
    

    
對4種型號、兩種材質的計算結果見表6. 3. 2。
    
2.熱流密度和等溫性計算
    
在基板上,一個翅片占有的傳熱面積為    

    
	
    
式中工為翅片縱向長度，即介質的流動行程。
    
在    表面上的傳熱量Q及熱流密度為
    

    
式中，為基板表面換熱系數為基板表面的溫度To與介質溫度之差。由 式(6.3.5)可知，當換熱系數九，確定之后,傳熱量。或熱流密度q將隨溫差而變化。 分別選取溫差為，相應的熱流密度的變化見表6. 3.3O
    
此外，基板的等溫性也是微通道的重要指標。因為介質(水)流過微通道時溫度升高 對基板的等溫性有直接影響，所以可以用介質的溫升代表基板表面的溫度變化，即等溫 性。介質的溫升為    

    
	
    
式中,為水的比熱容;。為在一個通道內的傳熱量，由式(6. 3. 4)得

    
	
    
可見Q值與通道長度L有關,可選取通道縱向長度L=25 mm, 50 mm, 100 mm三種情況 進行計算;為流過微通道的介質流量(kg/s)：

    
	G=［通道橫截面積(m2) ］ x［流速(m/s) ］ x［介質密度(kg/m3)］
    
對4種不同型號，按表6. 3. 1選取通道橫截面積，按表6. 3. 2選取管內流速，代入式 (6.3.6)計算介質溫差，計算結果見表6.3.3。
    
計算說明：
    
(1) 表(6.3.3)包含了微通道結構和運行的多種情況：
    
在結構方面：［4種型號］x［2種材質］x［3種通道長度］=［24種規格］；
    
在運行方面：［3種溫差    ］；
    
總計：72種微通道的結構和運行情況，對應72項微通道的熱流密度和等溫性的計算 結果。
    
(2) 該表格可作為微通道選擇的參考。從等溫性數據可以看出，型號1的等溫性是 最差的，溫差    都在1℃以上，而型號3 ,4等溫性最佳,有多個結構和運行條件可使在 1℃以下，如表6.3.3中黑體數字所示。
    

    
表6.3.3微通道的熱流密度和等溫性
    

    
	
		
    
			
				型
			
				材
			
				
			
				
			
				
		
    
		
    
			
				q/(W ?
			
				 
			
				qW/cm2
			
				 
			
				qW/cm2
			
				 
		
    
		
    
			
				號
			
				質
			
				cm-2)
			
				L=25mm
			
				L=50mm
			
				L=100mm
			
				L=25mm
			
				L=50mm
			
				L=100mm
			
				L=25mm
			
				L=50mm
			
				L=100mm
		
    
		
    
			
				 
			
				硅
			
				58.9
			
				1.29
			
				2. 58
			
				5. 16
			
				117. 8
			
				2. 58
			
				5. 16
			
				10. 32
			
				176.7
			
				3. 87
			
				7. 74
			
				15.48
		
    
		
    
			
				 
			
				銅
			
				66.6
			
				1.46
			
				2. 92
			
				5. 83
			
				133.2
			
				2. 92
			
				5. 83
			
				11.67
			
				199.8
			
				4. 38
			
				8.75
			
				17. 5
		
    
		
    
			
				2
			
				硅
			
				56.0
			
				0. 61
			
				1.23
			
				2. 45
			
				112.0
			
				1. 23
			
				2. 45
			
				4.90
			
				168.0
			
				1. 84
			
				3.68
			
				7. 36
		
    
		
    
			
				銅
			
				69.7
			
				0. 76
			
				1.52
			
				3.04
			
				139.4
			
				1. 52
			
				3.04
			
				6. 08
			
				209. 1
			
				2. 28
			
				4. 56
			
				9. 12
		
    
		
    
			
				3
			
				硅
			
				50.0
			
				0.31
			
				0. 62
			
				1. 24
			
				100.0
			
				0. 62
			
				1. 24
			
				2. 48
			
				150.0
			
				0. 93
			
				1. 86
			
				3. 72
		
    
		
    
			
				銅
			
				72. 3
			
				0. 45
			
				0. 90
			
				1. 80
			
				144.6
			
				0. 90
			
				1. 80
			
				3.60
			
				216.9
			
				2. 70
			
				5.40
			
				10. 8
		
    
		
    
			
				4
			
				硅
			
				49.2
			
				0. 20
			
				0. 40
			
				0. 80
			
				98.4
			
				0. 40
			
				0. 80
			
				1.60
			
				147.6
			
				0. 60
			
				1.2
			
				2.4
		
    
		
    
			
				銅
			
				74. 1
			
				0. 29
			
				0. 58
			
				1. 16
			
				148.2
			
				0. 58
			
				1. 16
			
				2. 32
			
				222. 3
			
				0.84
			
				1.68
			
				3.36
		
    
	    

    

    
	 
    
    
								
    
								
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