微通道换热器的压降损失主要与流体特性、通道结构和运行工况三大核心因素直接相关,这些因素通过影响流体的流动阻力共同决定了终的压降大小。
搞清楚影响压降的因素,才能在设计和应用中针对性地控制压降,平衡其换热优势。
1. 流体特性:决定流动的基础属性
流体本身的物理性质会直接影响其在通道内的流动阻力,是压降产生的内在因素。
密度(ρ):密度越大,流体流动时的惯性力越大,在通道转弯、分流等局部区域产生的冲击阻力也越大,终导致压降升高。
黏度(μ):黏度反映流体内部的黏滞力,黏度越大,流体分子间的内摩擦力越强,沿通道壁面的沿程阻力损失就越大,压降随之增加。
相变状态:若流体在换热器内发生相变(如蒸发器中液态变气态、冷凝器中气态变液态),会伴随体积和流速的剧烈变化,同时可能产生气泡或液膜,显著增加流动阻力,导致压降波动且数值更高。
2. 通道结构:影响流动路径的关键设计
微通道的结构设计是人为可控的核心变量,直接决定了流体的流动路径和阻力分布。
通道尺寸:
当量直径(De):这是关键的结构参数。根据流体力学公式,沿程阻力与当量直径的四次方成反比,通道直径越小(微通道的核心特征),压降会呈指数级增加。
通道长度(L):沿程阻力与通道长度成正比,通道越长,流体与壁面的摩擦接触时间越长,累积的沿程阻力损失越大,压降也越大。
通道形状:不同截面形状(如圆形、矩形、三角形)的通道,其水力半径和壁面接触面积不同。例如,矩形通道的拐角处易产生涡流,局部阻力比圆形通道大,相同条件下会导致更高的压降。
结构复杂度:
流程数:流程数越多,流体需要多次转弯、折返,每一次转向都会产生局部阻力,总压降会随流程数增加而显著上升。
分流 / 汇流结构:集管与微通道的连接部位若设计不合理,会导致流体分配不均,产生涡流或冲击,增加局部阻力损失,进而推高压降。
3. 运行工况:反映实际应用中的动态条件
实际运行时的操作参数会直接改变流体的流动状态,从而影响压降。
质量流速(G):这是影响压降的敏 感因素之一。质量流速越高,流体在通道内的流动速度越快,沿程阻力与流速的平方成正比,同时局部区域的冲击阻力也会急剧增加,导致压降大幅升高。
操作压力:系统压力升高时,部分流体的密度和黏度会发生变化(如高压下气体密度增 大),间接影响流动阻力;同时,高压可能加剧流体与壁面的相互作用,进一步影响压降。