1.5. Конструкції щілинних теплообмінників

1.5.1. Теплообмінник у вигляді паралельно розміщених пластин, між якими виконано пласкі щілинні канали для рідини [31]

Даний теплообмінник, схема мікроканальної структури якого показана на рис.1.8, активно використовується при проведенні науково-дослідних робіт при дослідженні ламінарного режиму течії однофазної несжимаємої рідини в мікроканалах з прямокутним поперечним перерізом

Рис. 1.8. Схема мікро­канальної структури

У публікаціях по теплообміну в мікроканалах звертає на себе увагу певний розрив у поданні матеріалу, а саме: в експериментах досліджується тепловий стан блоку мікроканалів в цілому, в той час як при обробці та узагальненні досвідчених даних розглядається одиночний канал. При цьому не повною мірою враховуються наявні для звичайних каналів (труб) результати. Лише в окремих роботах робляться спроби вирішення задачі по теплообміну в мікроканалах, в яких передбачається, що тільки узгодження математичного рішення з реальним експериментом може привести до успіху в достовірному описі теплового стану блоку мікроканалів при різних режимах його роботи.

Одна із експериментальних конфігурацій блоку мікроканалів, що включає 6 мікроканалів, показана на рис. 1.9. Зображення на рис. 1.9 представляє собою половину блоку, що розрізаний по площині симетрії y – z при x=0. Для показу внутрішньої частини вхідної камери і входів в мікроканали зроблений виріз нижньої частини передньої стінки.

Рис. 1.9. Блок прямокутних мікроканалів

Для того, щоб більш ясно уявляти різницю між мікроканалом з розмірами

10 мкм < d <1мм, що входить в мікроканальну структуру, від звичайних каналів (труб) з d > 1 мм і наочно продемонструвати використовувані позначення, на рис. 1.10 показаний одиночний мікроканал, вирізаній з блоку мікроканалів.

Представлений на рис. 1.10 елемент блоку мікроканалів обмежений двома площинами у-z, а саме вертикальними продольними площинами симетрії каналу (х = 0) і симетрії стінки (х = r + d_s), що розділяє канали, а також передньою   (z = 0) і кінцевою (z =l+l_k) площинами поперечного перерізу х-у, між якими розташовуються канали довжиною l і частини кінцевих камер довжиною l_k. Нижня площина під каналом (у = 0) і верхня (у= h_s + h+ h_d) збережені тими ж, що і в блоці мікроканалів.

Рис. 1.10. Характерний елемент блоку мікроканалів

Принцип роботи пристрою полягає у використанні теплопровідності мікроканалів, яка включає в себе етап проходження рідини через безліч каналів в радіаторі таким чином, щоб створити турбулентний потік (що розвивається або розвинений) або розвинений ламінарний потік з метою створення більш рівномірної температурі близько периферії інтегральної мікросхеми.

Теоретичний аналіз та експериментальні дані, приведені в літературі, переконливо свідчать про те, що примусова конвекція з водяним охолодженням мікроканалів радіатора має високий потенціал для застосування в теплових пакетах управління електронними пристроями.

Радіатор має компактні розміри і здатний розсіювати значні теплові навантаження теплових потоків (близько 100 Вт/см²) при відносно невеликому збільшенні пакету температури (менше 20 °C), якщо система експлуатується при числах Рейнольдса вище 150.

Для отримання достовірних даних про тепловий стан і охолоджувальну ефективність мікроканальної структури необхідне рішення спряженої задачі теплопереносу в теплоносії і каркасі повного блоку мікроканалів. Тільки така постановка дозволить розглянути питання оптимізації мікроканальной системи охолодження.