view in publisher's site

Numerical investigation of flow boiling in manifold microchannel-based heat exchangers

Highlights•Bubble growth in manifold microchannels is simulated.•Three two-phase flow regimes in the manifold microchannels are summarized.•Effects of Reynolds number, channel depth, and base heat flux on bubble growth are investigated.•Influence of two-phase flow regimes on the heat transfer characteristics of manifold microchannels are studied.•Mechanism of critical heat flux (CHF) in the manifold microchannel is analyzed.AbstractMicrochannel heat sinks have the potential to achieve the physical limit of phase change heat transfer. With advances in nano-/microscale fabrication techniques, important progress on microchannel heat exchangers has been made in recent years. However, the two-phase flow evolution and its influence on flow boiling at microscale remains ambiguous. Detailed information on transport process in microchannel and underlying mechanism are required for the fully understanding and further optimization of the microchannel heat sink. Here, we constructed a three-dimensional manifold microchannel-based heat exchanger model to study the two-phase flow pattern and heat transfer performance using the Phase-field method. The dynamics of vapor bubbles in microchannels of 80 μm, 150 μm, and 300 μm in depth was carefully investigated with respect to Reynolds number and thermal boundary conditions. Parameters and underlying mechanism that influence the two-phase flow evolution and heat transfer performance in the manifold microchannels are systematically analyzed. Finally, mechanism of heat transfer crisis and critical heat flux (CHF) in microchannel is studied, and strategies to optimize the flow field to delay the CHF are discussed. Our study provides detailed information on the transport process at microscale and offers opportunities for the design and fabrication of next generation microscale heat sinks.

بررسی عددی جریان جوشان در مبدل‌های حرارتی مبتنی بر میکروکانال منیفولد

نقاط برجسته رشد حباب‌ها در میکروکانال‌های منیفولد شبیه‌سازی شده‌است. سه رژیم جریان دو فازی در میکروکانال‌های منیفولد خلاصه شده‌اند. اثرات تعداد رینولدز، عمق کانال و شار گرمای پایه بر رشد حباب بررسی شده‌است. تاثیر رژیم‌های جریان دو فازی بر مشخصه‌های انتقال حرارت میکروکانال‌های منیفولد مورد مطالعه قرار گرفته‌است. مکانیک شار حرارتی بحرانی (CHF)در میکروکانال منیفولد مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. با پیشرفت در تکنیک‌های ساخت نانو / میکرو مقیاس، پیشرفت مهمی در مبدل‌های حرارتی میکرو کانال در سال‌های اخیر صورت‌گرفته است. با این حال، تکامل جریان دو فازی و تاثیر آن بر جریان جوششی در ریز مقیاس مبهم باقی می‌ماند. اطلاعات دقیق در مورد فرآیند انتقال در میکروکانال و مکانیزم اساسی برای درک کامل و بهینه‌سازی بیشتر چاه حرارتی میکروکانال مورد نیاز است. در اینجا، ما یک مدل مبدل حرارتی میکروکانال منیفولد سه‌بعدی برای مطالعه الگوی جریان دو فازی و عملکرد انتقال حرارت با استفاده از روش میدان فاز ایجاد کردیم. دینامیک حباب‌های بخار در میکروکانال های ۸۰ μm، ۱۵۰ μm و ۳۰۰ μm در عمق با توجه به تعداد رینولدز و شرایط مرزی حرارتی به دقت بررسی شد. پارامترها و مکانیزم اساسی که بر تکامل جریان دو فازی و عملکرد انتقال حرارت در میکروکانال‌های منیفولد تاثیر می‌گذارند به طور سیستماتیک تحلیل می‌شوند. در نهایت، مکانیزم بحران انتقال حرارت و شار حرارتی بحرانی (CHF)در میکروکانال مورد مطالعه قرار گرفته‌است و استراتژی‌های بهینه‌سازی میدان جریان برای به تاخیر انداختن CHF مورد بحث قرار گرفته‌است. مطالعه ما اطلاعات دقیقی در مورد فرآیند انتقال در مقیاس میکرو ارایه می‌دهد و فرصت‌هایی را برای طراحی و ساخت چاه حرارتی در مقیاس میکرو نسل بعدی ارایه می‌دهد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Fluid Flow and Transfer Processes
  • ترجمه مقاله Fluid Flow and Transfer Processes
  • مقاله جریان سیال و روندهای انتقال
  • ترجمه مقاله جریان سیال و روندهای انتقال
  • مقاله Condensed Matter Physics
  • ترجمه مقاله Condensed Matter Physics
  • مقاله فیزیک ماده چگال
  • ترجمه مقاله فیزیک ماده چگال
  • مقاله Mechanical Engineering
  • ترجمه مقاله Mechanical Engineering
  • مقاله مهندسی مکانیک
  • ترجمه مقاله مهندسی مکانیک
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.