微通道換熱
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
微通道換熱的實例教程
微通道熱管技術正引領多個行業邁向更高效、更環保的未來。在制冷空調領域，微通道換熱器以其高效傳熱與緊湊設計，成為提升能效的關鍵；在通信與電子行業，它有效解決了高密度設備散熱難題，助力綠色節能；交通運輸業中，微通道換熱器助力新能源汽車及傳統車輛空調系統升級，同時拓展至軌道交通與航空領域。化工與能源行業同樣受益，微通道技術提高了熱交換效率，促進了清潔能源的高效利用。此外，在生物醫療領域，微通道技術的精確溫控為藥物傳遞、細胞培養等提供了新可能。
1. 項目背景
環路熱管是指一種回路閉合環型熱管。一般由蒸發器、冷凝器、儲液器以及蒸氣和液體管線構成。其工作原理為：對蒸發器施加熱載荷，工質在蒸發器毛細芯外表面蒸發，產生的蒸氣從蒸氣槽道流出進入蒸氣管線，繼而進入冷凝器冷凝成液體并過冷，回流液體經液體管線進入液體干道對蒸發器毛細芯進行補給，如此循環，而工質的循環由蒸發器毛細芯所產生的毛細壓力驅動，無需外加動力。由于冷凝段和蒸發段分開，環路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。
環路熱管能將制冷機的冷量遠距離傳輸至受控元件,同時隔離制冷機對光學系統的電磁和機械震動干擾，環路熱管管線具有一定的柔性，方便在航天器內靈活布局。
由于冷凝段和蒸發段分開，環路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。但是其結構緊湊、面對長距離以及多點復雜的高熱流密度熱源的散熱現象，普通的測量設備很難精確的測量相變過程的溫度、速度等參數的變化；同時試驗的周期較長，費用很高，導致研發周期和成本都急劇增加。
針對上述現象，用戶單位某物理研究所提出需要環路熱管相變換熱整體解決方案，幫助其在熱管的研發設計前期，用仿真替代一部分試驗，縮短研發周期。
展開 最重要的是，將環路熱管應用于數據中心的熱管理，可以彌補傳統風冷散熱抗干擾能力弱、空調制冷能耗高的缺點。此外，微通道平行流換熱器具有結構緊湊、制冷劑充注量少、傳熱性能好的優點，目前主要應用于汽車空調、小型制冷設備等。因此，采用微通道并流換熱器作為LHP的蒸發段和冷凝段是一種新型高效的散熱方式，具有良好的散熱效果。在充電站、數據中心等封閉機柜散熱領域具有較高的應用前景。
02
成果掠影
近期，東南大學能源與環境學院陳振乾教授團隊提出了三維分布參數模型并結合實驗系統，研究了填充率、高度差、換熱器結構和運行參數對MCLHP系統傳熱性能的影響。研究團隊特別提出了泵輔助MCLHP來提高傳熱能力。分布參數模型與響應面法相結合的模擬表明，最大傳熱能力為1.402 kW，填充率為79.7%。雖然改變結構參數會提高傳熱能力，但它將通過增加空間結構和空氣阻力來補償。研究所提出的泵輔助MCLHP系統可以穩定運行，傳熱能力高達4kW，在充電樁和數據中心等高熱通量冷卻中具有潛在的應用前景。相關研究成果以“Application of distributed parameter model in thermal management of microchannel loop heat pipe”為題發表于《Applied Thermal Engineering》。
展開 微通道換熱器，指的是水力直徑在10-1000μm的換熱器。按外形尺寸可分為：微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。該技術所采用的結構緊湊、換熱效率高、質量輕、運行安全可靠，因此微通道換熱器技術近些年來越來越受到關注，在微電子、航空航天、醫療、化學生物工程、材料科學、高溫超導體的冷卻、薄膜沉積中的熱控制、強激光鏡的冷卻, 以及其他一些對換熱設備的尺寸和重量有特殊要求的場合中有重要的應用前景。
與普通換熱器相比, 微型換熱器的主要特點在
于單位體積內的換熱面積很大
。相應地, 其單位體積傳熱系數
高達幾十到幾百MW/( m 3 K)
, 比普通換熱器要
高1～2個數量級
。
圖1 微通道換熱器的應用
本文主要基于Ansys軟件對不同微通道換熱器的性能進行了相應的分析。
展開 CFD模擬技術的應用不僅能得到很多實驗所無法得到的數據，而且可大大節約開發設計成本，縮短研發周期[1-2]，目前已成為和流體相關產品最重要的研發工具，對換熱器研發尤其如此。
微通道換熱器在最近十幾年里發展迅速，已逐漸居于空調行業和汽車行業換熱器的主導地位。微通道換熱器通常采用風冷式開窗翅片，翅片的換熱性能和風阻取決于翅片的結構形狀。為找到最優的形狀尺寸，本文應用CFD方法對翅片周圍風場進行了研究。
本文首先建立了風冷翅片的CFD模型，然后針對翅片高度和翅片間距創建形狀變量進行了實驗設計和優化設計，為設計人員提供了一定的參考依據。
2 初始模型
2.1 模型描述
如圖1所示為微通道換熱器，由于微通道換熱器翅片呈周期對稱性結構，因此為減小計算工作量，截取圖示部分作為計算單元，模型結構和參數如表1所示。
2.2 模型假設
翅片管換熱器扁管內為高溫冷媒，熱量由此作為熱源傳向管外翅片側，翅片側有環境風吹過實現散熱，其主要假設為：
1)流動充分發展，為穩態湍流。
2)空氣物性為常數，且為不可壓縮流動。
3)扁管壁面溫度為均勻恒溫。
4)忽略輻射換熱。
5)翅片管材質熱物性在所模擬溫度范圍內為定值。
3 模型計算
3.1模型網格劃分
基于有限元法（伽遼金最小二乘法）的AcuSolve在四面體單元上能保持很高的精度，因此在劃分網格時在翅片附近區域采用易生成的全四面體網格，而在其它區域采用六面體網格來降低網格數量。本文采用HyperMesh劃分模型的2D表面網格，然后導入AcuSolve的專用前處理器AcuConsole生成非結構四面體和六面體混合網格，節點數49萬，單元數300萬。為了讓流動充分發展，翅片前端流體域來流長度為1倍翅片長度，后方為3倍翅片長度。翅片表面網格和體網格如圖2，圖3所示。
展開 6、技術流 | DfAM底層通用技術之微通道散熱設計
作者：安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1815284
微通道換熱器，指的是水力直徑在10-1000μm的換熱器。按外形尺寸可分為：微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。該技術所采用的結構緊湊、換熱效率高、質量輕、運行安全可靠，因此微通道換熱器技術近些年來越來越受到關注，在微電子、航空航天、醫療、化學生物工程、材料科學、高溫超導體的冷卻、薄膜沉積中的熱控制、強激光鏡的冷卻, 以及其他一些對換熱設備的尺寸和重量有特殊要求的場合中有重要的應用前景。
7、使用Sesam HydroD計算排水體積的方法
作者：
↓↓↓→↓↓↓
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1815308
Sesam軟件包中的HydroD模塊提供了一個Buoyancy Calculator工具，可用于計算浮體的排水體積。
8、DEFORM Cogging模塊：芯軸拔長
作者：
工科小學生
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1815345
本次案例是一個6道次的拔長案例，首先進入到MO界面選擇Cogging模塊。
9、hypemesh二次開發-自動創建螺栓連接
作者：
simjoy
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1815709
本文要實現的主要功能為運用hypemesh軟件，實現螺栓連接的半自動化創建，提升建模效率和準確度。
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在制冷空調領域，微通道換熱器以其高效傳熱與緊湊設計，成為提升能效的關鍵；在通信與電子行業，它有效解決了高密度設備散熱難題，助力綠色節能；交通運輸業中，微通道換熱器助力新能源汽車及傳統車輛空調系統升級，同時拓展至軌道交通與航空領域。化工與能源行業同樣受益，微通道技術提高了熱交換效率，促進了清潔能源的高效利用。此外，在生物醫療領域，微通道技術的精確溫控為藥物傳遞、細胞培養等提供了新可能。
沈氏科技成立于2005年，是國家重點支持的“專精特新”小巨人企業，自成立來一直致力于高效節能型熱交換器及熱管理系統解決方案的研發、制造、銷售與服務，業務范圍包括同軸換熱器、殼盤管換熱器、殼管換熱器、微通道換熱器等換熱器以及微反應器等微化工裝備。
此外，微通道平行流換熱器具有結構緊湊、制冷劑充注量少、傳熱性能好的優點，目前主要應用于汽車空調、小型制冷設備等。因此，采用微通道并流換熱器作為LHP的蒸發段和冷凝段是一種新型高效的散熱方式，具有良好的散熱效果。在充電站、數據中心等封閉機柜散熱領域具有較高的應用前景。
最后，圖5顯示了并行微通道流動沸騰換熱的基準圖，展示了新型熱沉的高效換熱性能。
2 微型制冷系統
隨著微通道換熱器、微型壓縮機等微型技術的進步，制冷系統迅速向輕量化與集成化方向發展，并且以其緊湊、輕便、高性能等優點得到廣泛認可。目前微型制冷系統主要分為：蒸氣壓縮式制冷系統、吸收式制冷系統與半導體制冷系統3種。
目前微通道強制對流換熱與熱管相變高效換熱相結合是未來大功率電子芯片散熱領域的突出研究趨勢，可有效解決液體泄漏風險。
02
成果掠影
近期，華南理工大學的潘敏強教授團隊針對邊緣數據中心服務器受冷卻技術的制約的問題，提出了邊緣數據中心服務器集成間接液冷系統的概念。本文提出了一種集成微通道的間接液冷系統。
Borquist 等設計了一種用銅制造的微通道換熱器，如圖 16 所示。使用電鍍技術制造出寬為 300 μm，高為 120 μm 的微通道，通過實驗和數值模 擬的方法進行了研究，結果表明，當施加熱載荷為8. 7 kW/m2 時，干通道換熱能力為 7. 6 kW/m2 ，濕通道的換熱能力為 8. 3 kW/m2 。
6、技術流 | DfAM底層通用技術之微通道散熱設計
作者：安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1815284
微通道換熱器，指的是水力直徑在10-1000μm的換熱器。按外形尺寸可分為：微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。
微通道換熱器，指的是水力直徑在10-1000μm的換熱器。按外形尺寸可分為：微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。
這是一種雙層飛機蒙皮熱交換器，包含外層散熱單元和內層散熱單元，外層散熱單元與內層散熱單元之間設置有空氣通道，外層散熱單元設置有外層散熱微通道，內層散熱單元設置有內層散熱微通道，換熱效率高，可減少集中熱輻射和雷達熱反射面積，可以滿足飛機隱身性能要求。 這種雙層飛機蒙皮熱交換器安裝在機身蒙皮外表面，利用空氣帶走液體的熱量，減小了系統對飛機的燃油代償損失。
