随着微电子、微型电机、微生物工程以及航空航天等方面科学技术或先进设备的迅速发展,微尺度下的传热与流动课题逐渐进入了人们的视野,并且成为学术界的热点之一,很多国内外学者都对此表现出了浓厚的兴趣,但是目前研究结果还不太统一。 传统管壳式换热器在微型化过程中出现了一些难以解决的问题,比如密集孔焊接困难,壳侧流动阻力大,流动死角等,所以研究微尺度下冷热流体新换热方式和组织结构有着重要的意义。 本文提出了一种冷热流体平行布置逆流的强化传热模式,并对其单对冷热管微元结构换热机理进行实验和数值模拟研究。实验中采用外径l.Omm、内径0.75mm的微细不锈钢管,管间距1.5Do。实验结果表明:冷热两管之间自然对流的努塞尔数Nu会随着瑞利数Ra的增大而先增大再减小,并且存在一个峰值。而且冷热管不同排列方式对换热性能有影响,热管在下的排列方式换热情况最好,而热管在上的排列方式换热情况最差。 流动实验结果表明,在微细管内流体的摩擦阻力系数∫随雷诺数Re的变化趋势与常规尺度基本相似,但是比常规尺度下的摩擦阻力系数要大。 本文采用格子Boltzmann方法对封闭恒壁温方腔内,低瑞利数下冷热微细管间的自然对流换热情况进行了数值模拟,对各种情况的温度场、流场以及冷热管的局部努塞尔数,平均努塞尔数进行了分析讨论。该冷热管模型的整体平均Nu与实验结果做了对比,并表示吻合较好。 最后,介于目前实验和理论方面存在的不足,提出了改进建议,并对课题后续的研究工作进行了展望。