了解传热和阻力特性的重要性

对单个微型通道的传热和阻力的试验研究始于20世纪80年代，到目前为止已有许多有关的文献报导。但是由于通道尺寸都是微米的数量级，给实验、测量、可视化等带来了困难，所以，获得的数据还不足，不同的研究者所得结果差别较大。本书根据最近有关微型热交换器研究的专题报导，归纳出以下几点看法，供读者参考[23-25]。

（1）微型热交换器的研究和应用 微型热交换器具有很高的紧凑度（可以达到10000m2/m3以上）和传热率（可以达到几百W/cm2的数量级），如，据参考文献[25]报导，某台通道深为200μm、宽为40μm、长为9000μm的错流式微型热交换器，其紧凑度达到15294m2/m3，总传热系数为24.7kW/（m2K），单位体积传热量为5446MW/m3。显然，高的紧凑度使热交换器所占有的空间及材料消耗大大减少；因流通的空间小，使热交换器内的流体总量少，这对于流体属于价贵、有毒或易燃的，则更为经济和安全；高的传热率使热交换器的传热有效度提高。此外，传热界面小的热惰性（两流体间的壁厚薄）使传热的响应时间小，有利于小温差流体间传热时的温度控制。当然，微型热交换器也存在一些问题：阻力很大使压降增加；通道小，易结垢和堵塞，且一般的情况和维护是不可能的，对流体的清洁度要求高；流动的不稳定性和流动分布不均匀；联箱的设计复杂等。广义地说，微型热管也是微型热交换器的一种。它经历了从重力型、具有毛细芯的单根热管型到具有一束平行独立微槽道的平板热管型，再到内部槽道束通过蒸汽空间相互连通型等一系列变化，其目的就是要使其更有效地散热和适用于某些场合。图3.93（a）所示为单根微型热管，（b）为用集成电路工艺制成的热管平面阵列示意图。

（2）微通道中的单相流 对于液体单相流，在通道水力当量直径减小到某一值（约381μm）时，常规的理论公式已不适用于微通道的摩阻及努塞尔数的计算，这表明微通道换热已具有微尺度效应（表面效应）。对于气体单相流，在努森数Kn＜0.001时，其传热和压降规律与常规通道相同。对于单相流，还要考虑壁面粗糙度（因对于微型的通道，相对粗糙度很大）、进口段及通道壁的非均匀热条件的影响，轴向导热等。

（3）微通道中的流动沸腾 这是一个两相流的传热问题，要比单相流复杂得多。由于在微通道中两相流动的不稳定性，使流型随时间不断地变化。而且，由于气泡迅速膨胀成气块，会推动液体前后运动，并造成流体的逆向流动。这些现象会引起临界热负载的出现。微通道的流动沸腾换热系数也可用现有的常规通道时的沸腾换热关联式来帮助预测。(www.xing528.com)

图3.93 微型热管示意图

（4）微通道中的凝结 微通道中的凝结换热显著地高于常规通道，在微通道内凝结换热的实验研究中观察到，凝结换热中除在常规尺度流道内可能有的环状流，波状流等流型外，还有珠状流，喷射流等流型。由于实验和测试的困难，目前关于微通道中的凝结换热规律尚无明确的论断。不论是凝结或沸腾的两相流动换热，受流道尺寸、流体性质等因素影响很大，需要进一步深入研究。