换热器制造技术

一种换热器，包括：腔体，所述腔体具有顶部和底部，所述顶部与底部相对设置；其中顶部设置有冷源，底部设置有热源；所述腔体设置有固

【技术实现步骤摘要】
换热器


[0001]本专利技术涉及凝聚态领域，特别涉及一种换热器
。

技术介绍

[0002]现有并无基于有限滑移长度影响对流换热的研究
。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题是，提供一种能够增强换热能力的换热器
。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种换热器，包括：腔体，所述腔体具有顶部和底部，所述顶部与底部相对设置；其中顶部设置有冷源，底部设置有热源；所述腔体设置有固
‑
液边界且所述固
‑
液边界的滑移长度大于0；所述底部的粗糙度大于顶部的粗糙度
。
[0005]可选的，所述底部的粗糙度为
0.0266。
[0006]可选的，所述顶部的粗糙度为
0.0001。
[0007]可选的，所述空腔充满工作流体
。
[0008]可选的，所述工作流体为水或硅油
。
[0009]可选的，所述腔体满足如下条件：
[0010]Nu/Nu0N
0 tanh(b/
λ0)+1
[0011]其中
Nu
是滑移壁面条件下的对流传热效率，
λ0是无滑移壁面
(b
＝
0)
条件下的温度边界层厚度，
N0＝
0.8
±
0.03。
[0012]可选的，流场初始条件为0，温度边界条件为：
[0013][0014][0015][0016]可选的，速度边界条件：
[0017][0018][0019][0020][0021]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供换热器能够增强换热
。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一实施例示意图，其中
(a)
为对流换热器示意图，
(b)
为滑移长度示意图；
[0023]图2为热量输运
Nu
和滑移长度
b
的关系示意图；
[0024]图3为本专利技术一实施例的长宽比为
2:1
的二维方腔网格示意图；
[0025]图4为本专利技术一实施例的长宽比为
10:1
的二维方腔网格示意图；
[0026]图5为本专利技术一实施例的三维方腔的网格示意图，其中，
(a)
主视图；
(b)
侧视图；
(c)
俯视图；
(d)
三维立体图；
[0027]图6为本专利技术一实施例的三维圆盘结构腔体和网格示意图；其中
(a)
主视图；
(b)
侧视图；
(c)
俯视图；
(d)
三维立体图；
[0028]图7为本专利技术一实施例的三维圆盘结构腔体示意图；
[0029]图8为本专利技术一实施例的粗糙壁面腔体内部的温度分布瞬时图
。
具体实施方式
[0030]现有的技术大多是基于无滑移壁面
(
边界条件可视为滑移长度
b
＝
0)
或者完全滑移壁面
(
边界条件可视为滑移长度
b
→
∞)。
前者适用于大多数固
‑
液界面，其对流传热效率
Nu
数主要是通过实验测量和数值计算的方法得到，而后者目前尚只作为理论研究或者计算，因为实际界面中无法实现无穷大的滑移长度，因此相对应的
Nu
数均通过理论或者数值计算得到
。
[0031]需要说明的是，无滑移壁面：流体在壁面处的法向速度和切向速度均为
0。
该壁面一般为固定的且不可穿透
。
[0032]完全滑移壁面：流体在壁面处所受到的壁面剪切力为0，即不受到来自流固边界处的阻力
。
[0033]滑移壁面：在壁面处流体的法向速度为0，流体的切向速度与受到的壁面剪切力均不为
0。
[0034]滑移长度：适用于滑移壁面条件下，是距离流固界面且处于流体外延区域的一个虚构长度
。
到达该虚构长度时，流体的速度为
0。
[0035]努塞尔数
(Nu
数
)
：无量纲的对流传热量，是指在相同条件下，通过热对流方式传输的热量与仅通过热传导传输的热量两者的比率
。
通常情况下，热对流比热传导的传热效率更高，因此
Nu>1。
[0036]瑞利数
(Ra
数
)
：热源与冷源之间温差的无量纲参数，描述的是浮力驱动力的强度
。
[0037]针对完全滑移壁面条件下传热效率
Nu
数的相关研究表明，完全滑移边界条件在某些条件下会增强传热，但在另一些条件下会减弱传热，出现完全相反的结论
。
最近的直接数值模拟
(DNS)
研究结果发现：在水平周期性流场条件下，完全滑移壁面条件下的传热效率
NuF
比无滑移壁面条件下的传热效率
Nu0
降低
80
％；而在封闭的流场系统中，
NuF
比
Nu0
提高了
80
％
。
[0038]复杂的流场形状也对
Nu
数的结果产生重要的影响
。
有研究表明当流场壁面从平滑表面变为粗糙表面时，对流传热将会提高
10
％
‑
30
％
。
因此没有一个统一的结论可以适用于不同形状的流场中
。
[0039]现有的技术只适用于无滑移边界条件和完全滑移边界条件这两种情况
。
但是在越来越多的人工材料器件以及其他各种工程传热器件中，固
‑
液边界条件均可设计并制造成滑移边界条件，其滑移长度
b
为一个有限值
。
目前尚不清楚在此条件下，传热效率是如何被影响的
。
[0040]为此，本专利技术的实施例提供一种基于滑移长度连续变化的增强对流换热方法，其特征在于，包括：提供腔体，所述腔体具有顶部和底部，所述顶部与底部相对设置；其中顶部设置有冷源，底部设置有热源；所述腔体设置有固
‑
液边界；调节滑移长度，所述滑移长度大于0且不为无穷大，以增强传热效率
。
[0041]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明
。
[0042]请参考图1，图1为本专利技术一实施例示意图，其中
(a)
为对流换热器示意图，
(b)
为滑移长度示意图
。
腔体
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种换热器，其特征在于，包括：腔体，所述腔体具有顶部和底部，所述顶部与底部相对设置；其中顶部设置有冷源，底部设置有热源；所述腔体设置有固
‑
液边界且所述固
‑
液边界的滑移长度大于0；所述底部的粗糙度大于顶部的粗糙度
。2.
如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述底部的粗糙度为
0.0266。3.
如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述顶部的粗糙度为
0.0001。4.
如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述空腔充满工作流体
。5.
如权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述工作流体为水或硅油
。6.
如权利要求1所述的换热器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓舟，黄茂静，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：