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微尺度换热器以其体积小、热流密度高、耐压性好、节约材料等诸多优势,顺应近年来微电子机械系统的迅猛发展以及节能政策深入贯彻的潮流,成为当前换热设备生产发展的必需,因此开发研究超高热流密度的紧凑式换热设备具有重要的理论和现实意义。微几何尺度内介质的流动与传热有许多不同于传统尺度下的现象,是个非常复杂的问题,国际上已有不少学者对此进行了研究,但至今仍没有统一的结论。本文主要设计开发了一种微管管束换热器,并建立了流动与传热性能的实验测试系统。实验研究了R142b在微管管束换热器内的流动与传热特性,同时对微管束管外混合对流绕流的传热特性进行了数值模拟研究,与微管管束外“纯”自然对流绕流的传热特征进行了对比。通过威尔逊图解法整理实验数据,归纳出了MTHE管内单相强制对流换热的平均Nu数传热准则式,实验值与预测值的平均绝对差为3.52%。与已有微尺度及常规尺度下的传热准则式进行了对比分析。重点分析了入口段效应的影响,实验结果表明在常规尺度中认为的换热入口段,MTHE管内换热平均Nu数约是常规尺度的2-4倍;在充分发展段,MTHE管内平均Nu数是常规尺度预测值的1.44倍。入口段效应对微尺度传热的影响比常规尺度要大,通过本文的研究结果表明:微尺度换热入口段的相对长度可采用关系式来判断。在本实验雷诺数范围内(Re=500~1600),微管管内压降与管内雷诺数不再是线性关系。通过实验拟合出了摩擦阻力系数f随雷诺数Re的关系,微管管内的摩擦阻力系数明显高于常规尺度相同雷诺数范围的摩擦系数。本文定义了微管换热器管内总阻力系数,并整理了其与雷诺数的关系。摩擦阻力系数与雷诺数的乘积fRe不再是常规尺度中的常数,而是随着雷诺数变化的函数。文中初步分析了微尺度流动中产生这些物理现象的原因,对实验误差作了分析评定。微管管束外混合对流与“纯”自然对流绕流的LBM数值模拟表明:“反流”时整体传热效果比“横流”好,“助流”最差。MTHE壳侧进液管以垂直冲下安装为好,水平安装次之,垂直冲上安装最差。微管管束单根管平均Nu数、整体Nu数随雷诺数的增大而增大,随瑞利数的增大而增大。最后对课题今后的研究方向提出了改进与建议。