Investigation on Heat Transfer and Flow Characteristics of Symmetrical Tesla-Valve Microchannel Heat Exchangers

Yao Zhimin; Wen Pengcheng; Zhao Die; Yuan Xiaokang; Jiang Yinhui; Jiao Rui; Huang Ziwen

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250122003

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Investigation on Heat Transfer and Flow Characteristics of Symmetrical Tesla-Valve Microchannel Heat Exchangers

更新时间：2026-03-12

- Investigation on Heat Transfer and Flow Characteristics of Symmetrical Tesla-Valve Microchannel Heat Exchangers
- Journal of Refrigeration Vol. 47, Issue 1, Pages: 164-172(2026)
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉 430063
  2. 武汉理工大学三亚科教创新园三亚 572000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250122003
  CLC： TB61⁺1;TK124
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250122003
- Received：22 January 2025，
  
  Revised：2025-03-08，
  
  Accepted：01 April 2025，
  
  Published：16 February 2026
- 稿件说明：
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姚志敏,文鹏程,赵谍等.基于对称型特斯拉阀微通道换热器的传热及流动特性研究[J].制冷学报,2026,47(01):164-172.

Yao Zhimin,Wen Pengcheng,Zhao Die,et al.Investigation on Heat Transfer and Flow Characteristics of Symmetrical Tesla-Valve Microchannel Heat Exchangers[J].Journal of Refrigeration,2026,47(01):164-172.
姚志敏,文鹏程,赵谍等.基于对称型特斯拉阀微通道换热器的传热及流动特性研究[J].制冷学报,2026,47(01):164-172. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250122003. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250122003.

Yao Zhimin,Wen Pengcheng,Zhao Die,et al.Investigation on Heat Transfer and Flow Characteristics of Symmetrical Tesla-Valve Microchannel Heat Exchangers[J].Journal of Refrigeration,2026,47(01):164-172. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250122003. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250122003.

摘要

随着电子设备集成度和功率密度的不断提高，散热问题已成为限制高性能电子设备发展的关键瓶颈之一。针对该问题，本文提出一种基于对称型特斯拉阀结构的微通道换热器，通过内置梯形凸起、月牙形凸起和扇贝形凸起等分流岛设计，强化了流体的扰动与混合效果。采用ANSYS FLUENT数值模拟，分析了不同分流岛结构对微通道传热和流动特性的影响规律，并研究了圆弧角

、节距

等几何参数对性能的优化作用。研究结果表明：与传统平行直管微通道（PSTM）相比，3种新型结构显著提高了努塞尔数（

）和综合评价指标（PEC），其中内置梯形凸起结构的对称型特斯拉阀微通道（TSTM）的PEC达到1.04~1.20，综合性能表现最佳。通过几何参数优化，发现

=18°、

=3.0 mm的TSTM具有最高的传热效率和最优的综合性能。

Abstract

This study proposes a microchannel heat exchanger utilizing a symmetrical Tesla-valve structure to address the challenge of heat dissipation in high-performance electronic devices owing to increased integration and power density. By incorporating built-in diversion island designs， such as trapezoidal， crescent-shaped， and scallop-shaped protrusions， the disturbance of the fluid and mixing effects are enhanced. Numerical simulations are conducted using ANSYS FLUENT to assess the effects of various built-in diversion islands on the heat-transfer and flow characteristics of the microchannel and examine the effects of geometric parameters such as the arc angle and pitch. The results show that compared with conventional parallel straight tube microchannels， the three new structures significantly boost Nu and the performance-evaluation criterion （PEC）. Among these， the PEC of the trapezium straight tube microchannel （TSTM） structure ranges from 1.04 to 1.20， showcasing superior overall performance. The optimization of the geometric parameters reveals that the TSTM structure with an arc angle of 18° and a pitch of 3.0 mm achieves the highest heat-transfer efficiency and best overall performance.

关键词

Keywords

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