Исследование теплопередачи в микрожидкостном теплообменнике

Внедрение: 2021 г.

В работе [1] представлено экспериментальное исследование возможности интенсификации в микрожидкостных теплообменниках (Microfluidic heat exchganger – MFHE) за счет создания двухфазного сегментированного потока (газ–жидкость). Данная технология актуальна, например, для задачи охлаждения электронных компонентов.

Измерения конвективной теплоотдачи проводились с помощью MFHE, состоящего из шести каналов размером 1 x 1 мм. На рисунке 1 представлена экспериментальная установка для исследования процессов гидродинамики и теплообмена в MFHE однофазных течений. 

Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования гидродинамики и теплообмена в одно- и двухфазном потоке в MFHE.

 

В этой работе вода использовалась в непрерывной фазе, а воздух – в диспергированной. Вода в теплообменник подавалась с помощью шестеренчатого насоса (Gear pump) PMI MG209XK (PMI Technologies, Китай), а объемный расход жидкости (Flow met.) определялся с помощью электромагнитного измерителя Badger Meter ModMAG M2000 (Badger Meter, Чехия). Падение давления (Pdiff ) вдоль MFHE было измерено с помощью датчика давления NXP MPX5050DP (NXP Semiconductors, Нидерланды). Сигнал с датчика давления обрабатывался модулем АЦП E14‑140 (Pressure Data Logger) и записывался программным комплексом PowerGraph для сбора и обработки информации. Воздух в каналы подавали с помощью шприцевого насоса SINO MDT SN‑50F6 (Sino MDT, Китай), снабженного приводом переменного потока, и двух шприцев для обеспечения заданного объемного расхода дисперсной фазы (Syringe Pump).

В данной установке также измерялись температура теплоносителя на входе и выходе из MFHE (Tin, Tout), температура стенки вдоль микроканала в пяти точках (T1–T5), а также температура Tam внутри изоляции MFHE. Для измерения перечисленных температур использовались гибкие термопары К‑типа. Регистрация данных с термопар (Pressure Data Logger) осуществлялась с помощью модуля аналогового ввода OWEN MB110‑224.8A (Овен, Россия).

Экспериментальные исследования показали, что сегментированный поток позволяет увеличить число Нуссельта ламинарного потока в MFHE до 1,67 и снизить термическое сопротивление до 1,7 раза по сравнению с однофазным потоком. В то же время было установлено, что интенсификация теплообмена двухфазным потоком наблюдается только для диапазона объемной доли газа от 10 до 30 %. Кроме того, расчет критерия тепловых характеристик, включая тепловые и гидравлические параметры (коэффициент трения), также подтвердил перспективность использования сегментированного потока Тейлора в качестве метода интенсификации однофазного теплообмена в микроканалах.

 

Источник:
Vasilev, Maksim & Abiev, Rufat. (2021). Gas–Liquid Two-Phase Flow and Heat Transfer without Phase Change in Microfluidic Heat Exchanger. Fluids. 6. 150. 10.3390/fluids6040150.


Разработчик: Васильев М.П., Абиев Р.Ш. (Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет))

Контакты

Адрес: 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Многоканальный телефон:
+7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

Время работы: с 9-00 до 19-00 мск

L-CARD в проектах