Разработка и верификация математической модели трехмерного ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости и сопряженного теплообмена применительно к микроканальным теплообменникам

Авторы

Разваляев С. В.^*, Болдырев А. В.

Набережночелнинский институт (филиал) Казанского (Приволжского) федерального университета, 423812, Республика Татарстан, г.Набережные Челны, проспект Мира д. 68/19 (1/18)

*e-mail: Ssergei.1991@mail.ru

Аннотация

В статье верифицирована математическая модель трехмерного ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости и сопряженного теплообмена применительно к микроканальным теплообменникам, а также исследовано влияние некоторых геометрических параметров этих аппаратов на теплогидравлическую эффективность. Рассмотрена конструкция теплообменника, включающего в себя десять параллельных микроканалов поперечным сечением шириной 0,1 мм и высотой 0,2 мм. Выполнено сравнение расчетных значений: гидравлического сопротивления, числа Нуссельта, с экспериментальными данными на различных режимах по числу Рейнольдса. Подтверждена возможность использования численного моделирования в рамках математической модели трехмерного ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости и сопряженного теплообмена для качественной оценки влияния на гидравлическое сопротивление и число Нуссельта различных геометрических и режимных параметров микроканальных теплообменников. На основе верифицированной математической модели трехмерного ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости и сопряженного теплообмена исследовано влияние некоторых геометрических параметров микроканальных теплообменников на теплогидравлическую эффективность.

Ключевые слова:

численное моделирование, верификация математической модели, микроканальный теплообменник, число Рейнольдса, число Нуссельта

Список источников

1. Bar-Cohen K.A., Wang P. Thermal Management of On-Chip Hot Spots // J. Heat Transfer. 2012. Vol. 134. 
2. Kraus A., Bar-Cohen K.A., Wative A.A. Cooling electric equipment. In: Mechanical Engineers Handbook. Sec. 1. Ch. 12. Vol. 4. 2015. Wiley: Chichester, pp. 451–499.
3. Минаков А.В. Изучение многофазных потоков в микроканалах и теплофизических характеристик наножидкостей. Дис. … д. физ-мат. н. Красноярск. СФУ. 2021. 368 с.
4. Harris C., Despa M., Kelly K. Design and fabrication of a cross flow micro heat exchanger. Journal of Microelectromechanical Systems. 2000. Vol. 9. № 4. pp. 502–508. DOI: 10.1109/84.896772
5. Alkhazaleh A.M.A. Heat transfer intensification in microchannel heat sinks (MCHS) – wavy channels embedded with pin fins. Theses. 2021.
6. Garimella S.V., Persoons T., Weibel J.A. et al. Electronics thermal management in information and communications technologies: challenges and future directions // IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol. 2017. Vol. 7. № 8. pp. 1191–1205. DOI: 10.1109/TCPMT.20 16.2603600
7. Hassan I., Phutthavong P., Abdelgawad M. Microchannel heat sinks: an overview of the state-of-the-art. Microscale Thermophys. Eng. 2004. Vol. 8. № 3. pp. 183–205. DOI: 10.1080/10893950490477338
8. Chai L., Xia G., Wang L. et al. Heat transfer enhancement in microchannel heat sinks with periodic expansion–constriction cross-sections. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013. Vol. 62. pp. 741–751. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer
9. Ansari D., Kim K.-Y. Performance analysis of double-layer microchannel heat sinks under non-uniform heating conditions with random hotspots. Micromachines. 2017. Vol. 8. № 2. pp. 54. DOI: 10.3390/mi8020054
10. Rhie C.M., Chow W.L. A numerical study of the turbulent flow past an isolated airfoil with trailing edge separation // AIAA Journal. 1983. Vol. 21. pp. 1525–1532.
11. Гортышов Ю.Ф. (ред.). Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена: монография. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 49 с.