원통형 마이크로 핀 핀 열교환기에서 기포 역학 및 흐름 끓임 열전달의 수치적 조사

마이크로 핀 핀 증발기는 고전력 밀도 장치의 이중상 냉각을 위한 다중 마이크로채널 히트 싱크에 대한 유망한 대안입니다. 핀-핀 증발기 내에서 냉매는 교차 유동의 장애물 배열을 통해 흐르며 채널 벽에 의해 제한되지 않습니다. 흐름 끓임에 의해 생성된 기포의 역학과 관련된 열전달 메커니즘은 마이크로채널과 상당히 다를 것으로 예상되지만, 마이크로 핀 핀 배열을 통해 발달하는 이중상 흐름의 기본적인 측면은 여전히 잘 이해되지 않고 있습니다. 이 기사는 기포 및 얇은 필름 역학과 열전달을 포함하여 마이크로 핀 핀 증발기 내에서의 흐름 끓임에 대한 체계적인 분석을 제공합니다. 흐름은 OpenFOAM v2106에서 사용자 지정된 끓임 해결기를 사용하여 수행된 수치적 시뮬레이션 방법을 통해 연구됩니다. 이 해결기는 액체-증기 계면 역학을 포착하기 위해 내장된 기하학적 유체의 부피 방법을 채택합니다. 증발기의 수치 모델에는 직경 50μm, 높이 100μm의 핀 핀의 일렬 배열이 포함되어 있으며, 유속 피치는 91.7μm, 교차 유속 피치는 150μm입니다. 사용된 유체는 포화 온도 30 °C에서의 냉매 R236fa입니다. 시뮬레이션된 작동 조건의 범위에는 질량 유량 G=500–2000kg/(m2s), 열 유량 q=200kW/m2, 입구 서브쿨링 ΔTsub=0–5K값이 포함됩니다. 이 연구는 핀-핀 증발기에서 핵생성된 기포가 핀-핀 라인 사이에 형성된 채널을 따라 이동하는 경향이 있음을 보여줍니다. 기포는 액체 증발로 인해 성장하며 흐름 방향으로 길어져 핀-핀 표면을 부분적으로 덮는 얇은 액체 필름을 남깁니다. 열전달에 대한 주요 기여는 이 얇은 액체 필름의 증발과 실린더 사이의 간격에서 기포에 의해 유도된 교차 유동 대류 운동에서 발생하며, 이는 실린더 후각에서 정지 상태인 뜨거운 유체를 이동시킵니다. 질량 유량이 증가하면 기포가 핵생성 지점에서 더 빨리 떠나고 더 느리게 성장하여 이중상 열전달이 감소합니다. 높은 입구 서브쿨링은 기포가 뜨거운 핀-핀 표면에서 떠나 매우 서브쿨링된 영역에 도달할 때 응축이 중요해지므로 이중상 열전달 계수가 낮아집니다.