微通道换热器不同管型条件下换热情况的数值模拟

郑家欢　高景略

（河南工业大学土木建筑学院，河南 郑州 450001）

微通道换热器不同管型条件下换热情况的数值模拟

郑家欢高景略

（河南工业大学土木建筑学院，河南 郑州 450001）

流体在管道内换热情况是提高微通道换热器效率之中极为重要的一个环节，不同管型下由于摩擦阻力、黏性耗散等因素的影响导致换热情况各不相同，找出合理的管型对微通道换热器换热情况研究有重要意义。

微通道；换热器；管型；数值模拟

1　不同管型的微通道换热器物理模型

在确定管道的尺寸时要注意选择相同当量直径的管道进行研究，本文根据公式r=2ab/（a+b）选取尺寸宽为0.2mm、高为0.3mm的矩形管道、半径r=0.12mm的圆管，圆角扁管则采用将扁管直边延伸相交后与矩形管相同的尺寸扁管。

1.1初始条件和边界条件的确定

微通道换热器内流体的流相为单向流，流体是293K的去离子水，流速0.5m/s，模型需选用k-ε湍流模型，流体流动在x，y，z方向上速度收敛残差值为1x10-3，压力速度耦合选项为simple算法，湍流耗散率、动量、湍流动能以及能量方程都设定为一阶迎风格式，能量收敛残差值为1x10-6，管道材料为硅，换热器功率为2kW，管道外壁设置为绝热［1］。

1.2网格划分

根据已知对象的尺寸和条件，用Gambit软件进行模型的建立并且划分网格，由于微通道结构的复杂性，进行非结构网格划分，图1为矩形管道三维模型及网格划分示意图。经过数值模拟分别得到不同管型下温度和压力分布示意图2-4。

1.3分析与比较

对于不同管型微通道内流体流动的温度分布，圆管温度分布更加均匀且传热效率更高，而扁管的传热效率比矩形管稍好。对于压力分布，圆管压力损失最低，其次圆角扁管，这是由于相同当量直径矩形管内表面面积最大的原因。

2　不同管型微通道换热器数值模拟

对不同管型的微通道换热器进行模拟，图5为矩形微通道换热器模型图。

建立模型后，对不同管型的微通道换热器代入各自初始条件和边界条件进行数值模拟，数值模拟结果如图6。

图1　矩形管道模型建立及网格划分示意图

图2　矩形微通道流体温度分布示意图

图3　圆管微通道流体温度分布示意图

图4　圆脚扁管微通道流体温度分布示意图

图5　矩形管道示意图

图6　加热10S矩形管道微通道换热器流体温度分布

图7　加热10S圆形管道微通道换热器流体温度分布

图8　加热10S圆角扁道微通道换热器流体温度分布

对于压力损失的分析依然是圆形管道微通道压力损失最小，其次是圆角扁管微通道换热器，矩形管道微通道换热器压力损失最大。

3　结论

3.1对于单根管道的微通道，圆形管道微通道换热器在换热能力和压力损失方面都优于圆角扁管和矩形管道微通道换热器，在材料耗费方面也更加节省。

3.2对于多根微通道管道并排排列微通道换热器，圆角扁管微通道换热器在换热性能方面占有明显的优势，而圆形管道微通道换热器的效率相比较其他两种管型最低，虽然压力损失较大但经综合比较，圆角扁管微通道是值得选取的管型。

［1］王淑莲.工程流体力学［M］.沈阳：东北工业学院出版社，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

郑家欢（1991-），男，硕士研究生，研究方向：工程传热学。