Thermohydraulic maldistribution reduction in mini heat exchangers - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Thermohydraulic maldistribution reduction in mini heat exchangers

Abstrakt

A detailed numerical investigation has been carried out to analyze the flow maldistribution in 50 parallel 1 mm × 1 mm rectangular minichannels and 1 mm depth minigap section with rectangular, trapezoidal, triangular or concave manifolds in Z-type flow configuration. The working medium was ethanol and the mass flow rate was 5 × 10−4 kg/s. Both sections were heated from the bottom side. Heat flux of 10 000 W/m2 and 5000 W/m2 was applied to the minichannel and minigap section respectively. The method of the flow maldistribution mitigation in the diabatic flow has been checked. Thanks to introducing a threshold, the maldistribution coefficient can be reduced about twice in the minigap section or three times in the minichannel section with the 0.5 mm threshold as compared to the conventional arrangement. The velocity profile and temperature profile over the heat exchanger’s surface have been analyzed. Reduction of the maldistribution results in lower maximum temperature over the surface. The distribution is more uniform in the minichannel section than in the minigap section. This is due to a two-dimensional flow over a minigap. Hence, a two-dimensional approach to define maldistribution coefficients in minigap sections, which has not been distinguished in literature yet was used.

Cytowania

  • 7

    CrossRef

  • 5

    Web of Science

  • 6

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pełna treść publikacji nie jest dostępna w portalu

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
APPLIED THERMAL ENGINEERING nr 173, strony 1 - 17,
ISSN: 1359-4311
Język:
angielski
Rok wydania:
2020
Opis bibliograficzny:
Dąbrowski P.: Thermohydraulic maldistribution reduction in mini heat exchangers// APPLIED THERMAL ENGINEERING -Vol. 173, (2020), s.1-17
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.applthermaleng.2020.115271
Bibliografia: test
  1. D.B. Tuckerman, R.F.W. Pease, High-performance heat sinking for VLSI, IEEE Electron Device Lett. 2 (1981) 126-129. doi:10.1109/EDL.1981.25367. otwiera się w nowej karcie
  2. M. Bahreini, A. Ramiar, A.A. Ranjbar, Numerical simulation of subcooled flow boiling under conjugate heat transfer and microgravity condition in a vertical mini channel, Appl. Therm. Eng. 113 (2017) 170-185. doi:10.1016/j.applthermaleng.2016.11.016. otwiera się w nowej karcie
  3. J. Zhou, X. Zhao, X. Ma, Z. Du, Y. Fan, Y. Cheng, X. Zhang, Clear-days operational performance of a hybrid experimental space heating system employing the novel mini-channel solar thermal & PV/T panels and a heat pump, Sol. Energy. 155 (2017) 464-477. doi:10.1016/j.solener.2017.06.056. otwiera się w nowej karcie
  4. D. Mikielewicz, J. Mikielewicz, A thermodynamic criterion for selection of working fluid for subcritical and supercritical domestic micro CHP, Appl. Therm. Eng. 30 (2010) 2357-2362. doi:10.1016/j.applthermaleng.2010.05.035. otwiera się w nowej karcie
  5. K. Sakamatapan, S. Wongwises, Pressure drop during condensation of R134a flowing inside a multiport minichannel, Int. J. Heat Mass Transf. 75 (2014) 31-39. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.071. otwiera się w nowej karcie
  6. M. Najim, M.B. Feddaoui, New cooling approach using successive evaporation and condensation of a liquid film inside a vertical mini-channel, Int. J. Heat Mass Transf. 122 (2018) 895-912. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.034. otwiera się w nowej karcie
  7. M. Khoshvaght-Aliabadi, M. Sahamiyan, M. Hesampour, O. Sartipzadeh, Experimental study on cooling performance of sinusoidal-wavy minichannel heat sink, Appl. Therm. Eng. 92 (2016) 50-61. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.09.015. otwiera się w nowej karcie
  8. C. Qi, X. Chen, W. Wang, J. Miao, H. Zhang, Experimental investigation on flow condensation heat transfer and pressure drop of nitrogen in horizontal tubes, Int. J. Heat Mass Transf. 132 (2019) 985-996. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.11.092. otwiera się w nowej karcie
  9. J.R. García-Cascales, F. Illán-Gómez, F. Hidalgo-Mompeán, F.A. Ramírez-Rivera, M.A. Ramírez-Basalo, Performance comparison of an air/water heat pump using a minichannel coil as evaporator in replacement of a fin-and-tube heat exchanger, Int. J. Refrig. 74 (2017) 558- 573. doi:10.1016/j.ijrefrig.2016.11.018. otwiera się w nowej karcie
  10. C. Pistoresi, Y. Fan, L. Luo, Numerical study on the improvement of flow distribution uniformity among parallel mini-channels, Chem. Eng. Process. Process Intensif. 95 (2015) 63- 71. doi:https://doi.org/10.1016/j.cep.2015.05.014. otwiera się w nowej karcie
  11. C. Amador, A. Gavriilidis, P. Angeli, Flow distribution in different microreactor scale-out geometries and the effect of manufacturing tolerances and channel blockage, Chem. Eng. J. 101 (2004) 379-390. doi:10.1016/j.cej.2003.11.031. otwiera się w nowej karcie
  12. H. Yang, J. Wen, X. Gu, Y. Liu, S. Wang, W. Cai, Y. Li, A mathematical model for flow maldistribution study in a parallel plate-fin heat exchanger, Appl. Therm. Eng. 121 (2017) 462-472. doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.03.130. otwiera się w nowej karcie
  13. S. Kakaç, H. Liu, A. Pramuanjaroenkij, Heat Exchangers, Boca Raton: CRC Press, 2002. doi:10.1201/9781420053746. otwiera się w nowej karcie
  14. P. Dąbrowski, M. Klugmann, D. Mikielewicz, Channel Blockage and Flow Maldistribution during Unsteady Flow in a Model Microchannel Plate heat Exchanger, J. Appl. Fluid Mech. 12 (2019) 1023-1035. doi:10.29252/jafm.12.04.29316. otwiera się w nowej karcie
  15. A.A.Y. Al-Waaly, M.C. Paul, P. Dobson, Liquid cooling of non-uniform heat flux of a chip circuit by subchannels, Appl. Therm. Eng. 115 (2017) 558-574. doi:10.1016/j.applthermaleng.2016.12.061. otwiera się w nowej karcie
  16. V. Manoj Siva, A. Pattamatta, S.K. Das, Effect of flow maldistribution on the thermal performance of parallel microchannel cooling systems, Int. J. Heat Mass Transf. 73 (2014) 424-428. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.017. otwiera się w nowej karcie
  17. J. Kim, J.H. Shin, S. Sohn, S.H. Yoon, Analysis of non-uniform flow distribution in parallel micro-channels, J. Mech. Sci. Technol. 33 (2019) 3859-3864. doi:10.1007/s12206-019-0729-8. otwiera się w nowej karcie
  18. H. Li, P. Hrnjak, Quantification of liquid refrigerant distribution in parallel flow microchannel heat exchanger using infrared thermography, Appl. Therm. Eng. 78 (2015) 410-418. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.01.003. otwiera się w nowej karcie
  19. V. Singh, H. Kumar, S.S. Sehgal, R. Kukreja, Effect of Plenum Shape on Thermohydraulic Performance of Microchannel Heat Sink, J. Inst. Eng. Ser. C. (2019). doi:10.1007/s40032-019- 00515-z. otwiera się w nowej karcie
  20. M. Klugmann, P. Dabrowski, D. Mikielewicz, Pressure drop related to flow maldistribution in a model minichannel plate heat exchanger, Arch. Thermodyn. 39 (2018) 123-146. doi:10.1515/aoter-2018-0015. otwiera się w nowej karcie
  21. W. Zhou, W. Deng, L. Lu, J. Zhang, L. Qin, S. Ma, Y. Tang, Laser micro-milling of microchannel on copper sheet as catalyst support used in microreactor for hydrogen production, Int. J. Hydrogen Energy. 39 (2014) 4884-4894. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.041. otwiera się w nowej karcie
  22. S. Kumar, P.K. Singh, Effects of flow inlet angle on flow maldistribution and thermal performance of water cooled mini-channel heat sink, Int. J. Therm. Sci. 138 (2019) 504-511. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2019.01.014. otwiera się w nowej karcie
  23. P. Dąbrowski, M. Klugmann, D. Mikielewicz, Selected studies of flow maldistribution in a minichannel plate heat exchanger, Arch. Thermodyn. 38 (2017) 135-148. doi:10.1515/aoter- 2017-0020. otwiera się w nowej karcie
  24. J. Mathew, P.S. Lee, T. Wu, C.R. Yap, Experimental study of flow boiling in a hybrid microchannel-microgap heat sink, Int. J. Heat Mass Transf. 135 (2019) 1167-1191. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.02.033. otwiera się w nowej karcie
  25. A. Tamanna, P.S. Lee, Flow boiling heat transfer and pressure drop characteristics in expanding silicon microgap heat sink, Int. J. Heat Mass Transf. 82 (2015) 1-15. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.11.047. otwiera się w nowej karcie
  26. T. Alam, P.S. Lee, C.R. Yap, L. Jin, A comparative study of flow boiling heat transfer and pressure drop characteristics in microgap and microchannel heat sink and an evaluation of microgap heat sink for hotspot mitigation, Int. J. Heat Mass Transf. 58 (2013) 335-347. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.11.020. otwiera się w nowej karcie
  27. L.S. Maganti, P. Dhar, T. Sundararajan, S.K. Das, Heat spreader with parallel microchannel configurations employing nanofluids for near-active cooling of MEMS, Int. J. Heat Mass Transf. 111 (2017) 570-581. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.04.032. otwiera się w nowej karcie
  28. A. Gorodetsky, T. Rozenfeld, H.D. Haustein, G. Ziskind, Flow and heat transfer analysis of hybrid cooling schemes: Adding micro-jets to a micro-gap, Int. J. Therm. Sci. 138 (2019) 367- 383. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2019.01.015. otwiera się w nowej karcie
  29. M. Piasecka, K. Strąk, B. Maciejewska, Calculations of Flow Boiling Heat Transfer in a Minichannel Based on Liquid Crystal and Infrared Thermography Data, Heat Transf. Eng. 38 (2017) 332-346. doi:10.1080/01457632.2016.1189272. otwiera się w nowej karcie
  30. K. Strąk, M. Piasecka, B. Maciejewska, Spatial orientation as a factor in flow boiling heat transfer of cooling liquids in enhanced surface minichannels, Int. J. Heat Mass Transf. 117 (2018) 375-387. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.019. otwiera się w nowej karcie
  31. M. Saeed, M.H. Kim, Header design approaches for mini-channel heatsinks using analytical and numerical methods, Appl. Therm. Eng. 110 (2017) 1500-1510. doi:10.1016/j.applthermaleng.2016.09.069. otwiera się w nowej karcie
  32. W. Tang, L. Sun, H. Liu, G. Xie, Z. Mo, J. Tang, Improvement of flow distribution and heat transfer performance of a self-similarity heat sink with a modification to its structure, Appl. Therm. Eng. 121 (2017) 163-171. doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.04.051. otwiera się w nowej karcie
  33. R. Kumar, G. Singh, D. Mikielewicz, A New Approach for the Mitigating of Flow Maldistribution in Parallel Microchannel Heat Sink, J. Heat Transfer. 140 (2018) 72401- 72410. http://dx.doi.org/10.1115/1.4038830. otwiera się w nowej karcie
  34. R. Kumar, G. Singh, D. Mikielewicz, Numerical Study on Mitigation of Flow Maldistribution in Parallel Microchannel Heat Sink: Channels Variable Width Versus Variable Height Approach, J. Electron. Packag. 141 (2019) 21009-21011. http://dx.doi.org/10.1115/1.4043158. otwiera się w nowej karcie
  35. C. Anbumeenakshi, M.R. Thansekhar, Experimental investigation of header shape and inlet configuration on flow maldistribution in microchannel, Exp. Therm. Fluid Sci. 75 (2016) 156- 161. doi:10.1016/j.expthermflusci.2016.02.004. otwiera się w nowej karcie
  36. P. Dąbrowski, Mitigation of Flow Maldistribution in Minichannel and Minigap Heat Exchangers by Introducing Threshold in Manifolds, J. Appl. Fluid Mech. 13 (2020) 815-826. doi:10.29252/jafm.13.03.30454. otwiera się w nowej karcie
  37. K. Dhinsa, C. Bailey, K. Pericleous, Investigation into the performance of turbulence models for fluid flow and heat transfer phenomena in electronic applications, IEEE Trans. Components Packag. Technol. 28 (2005) 686-699. doi:10.1109/TCAPT.2005.859758. otwiera się w nowej karcie
  38. C.S. Sharma, M.K. Tiwari, B. Michel, D. Poulikakos, Thermofluidics and energetics of a manifold microchannel heat sink for electronics with recovered hot water as working fluid, Int. J. Heat Mass Transf. 58 (2013) 135-151. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.11.012. otwiera się w nowej karcie
  39. P.S. Lee, S. V. Garimella, Thermally developing flow and heat transfer in rectangular microchannels of different aspect ratios, Int. J. Heat Mass Transf. 49 (2006) 3060-3067. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.02.011. otwiera się w nowej karcie
  40. J.M. Commenge, L. Falk, J.P. Corriou, M. Matlosz, Optimal Design for Flow Uniformity in Microchannel Reactors, AIChE J. 48 (2002) 345-358. doi:10.1002/aic.690480218. otwiera się w nowej karcie
  41. P. Minqiang, Z. Dehuai, T. Yong, C. Dongqing, CFD-based study of velocity distribution among multiple parallel microchannels, J. Comput. 4 (2009) 1133-1138. doi:10.4304/jcp.4.11.1133-1138. otwiera się w nowej karcie
  42. I.A. Ghani, N.A. Che Sidik, N. Kamaruzzaman, W. Jazair Yahya, O. Mahian, The effect of manifold zone parameters on hydrothermal performance of micro-channel HeatSink: A review, Int. J. Heat Mass Transf. 109 (2017) 1143-1161. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.03.007. otwiera się w nowej karcie
  43. S.S. Sehgal, K. Murugesan, S.K. Mohapatra, Effect of channel and plenum aspect ratios on the performance of microchannel heat sink under different flow arrangements, J. Mech. Sci. Technol. 26 (2012) 2985-2994. doi:10.1007/s12206-012-0705-z. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
  • Narodowe Centrum Nauki, projekt Nr 2017/27/N/ST8/02785 na lata 2018–2020.
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 20 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi