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不同微织构肋柱叠加的微通道换热器流动传热特性分析
Convective Heat Transfer Characterization of Microchannel Heat Exchangers Stacked with Different Microweave Ribs and Columns
- 制冷学报 2026年47卷第2期 页码：103-111
- 作者机构：
1.武汉理工大学三亚科教创新园 三亚 572024
2. 武汉理工大学船海与能源动力工程学院 武汉 430063
- 作者简介：
姚志敏，男，副教授，武汉理工大学船海与能源动力工程学院， 15927298571，E-mail：yaozm@whut.edu.cn。研究方向：热工传热传质、热负荷与热结构强度分析。
- 基金信息：
DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250223001
中图分类号： TB61+1;TB657.5;TK124- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250223001
收稿：2025-02-23，
修回：2025-03-03，
录用：2025-04-14，
纸质出版：2026-04-16
- 稿件说明：
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姚志敏,焦锐,黄子文等.不同微织构肋柱叠加的微通道换热器流动传热特性分析[J].制冷学报,2026,47(02):103-111.
Yao Zhimin,Jiao Rui,Huang Ziwen,et al.Convective Heat Transfer Characterization of Microchannel Heat Exchangers Stacked with Different Microweave Ribs and Columns[J].Journal of Refrigeration,2026,47(02):103-111.
姚志敏,焦锐,黄子文等.不同微织构肋柱叠加的微通道换热器流动传热特性分析[J].制冷学报,2026,47(02):103-111. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250223001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250223001.
Yao Zhimin,Jiao Rui,Huang Ziwen,et al.Convective Heat Transfer Characterization of Microchannel Heat Exchangers Stacked with Different Microweave Ribs and Columns[J].Journal of Refrigeration,2026,47(02):103-111. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250223001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250223001.
摘要
为研究不同微织构肋柱叠加结构对微通道换热器流动与传热性能的影响，设计了16种微织构肋柱组合形式，并对采用数值模拟方法筛选出的4种优化结构进行分析，研究了其流场与温度场特征、压降、摩擦系数、基底温度、努塞尔数及综合传热性能，并与矩形光滑微通道进行了对比。结果表明：引入微织构肋柱叠加结构显著增大压力损失和摩擦系数，且肋柱外形越尖锐，流动阻力越大。同时，该结构诱导节流效应，在肋柱上、下层末端产生马蹄涡与尾迹涡，不同形态微织构导致不同流动特征。在传热方面，相较于矩形光滑微通道，基底温度最高降低12.87 K，相对努塞尔数最高提升57.4%。综合性能评估显示，Type1微通道凭借其卓越的传热能力，能够有效平衡压力损失，实现最佳流动与传热性能。
Abstract
This study investigated the impact of different micro-rib arrangements on the flow and heat transfer performance of microchannel heat exchangers. Sixteen rib configurations were designed， and four optimized structures were analyzed through numerical simulations. Key parameters， including the velocity and temperature fields， pressure drop， friction coefficient， base temperature， and Nusselt number were evaluated against a smooth rectangular microchannel. The results reveal that the rib structures significantly increased the pressure loss and friction， with sharper profiles causing a higher resistance. Additionally， these induced throttling effects and generated horseshoe and wake vortices， thereby generating distinct flow patterns. The heat transfer was enhanced significantly， with a maximum base temperature reduction of 12.87 K and a 57.4% increase in the relative Nusselt number. Among the evaluated designs， the Type 1 microchannel achieved the best trade-off between pressure drop and heat transfer performance.
关键词
Keywords
references
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