Page 131 - 现代电子技术及应用研究

第四章 印刷电路板技术

热量和摩擦因子的影响规律，并依据实验数据对 1MW 超临界 CO 2 发电系统用
回热器和冷却器费用进行分析。结果表明，不同质量流量条件下回热器和冷却器
的热导、换热量和摩擦因子变化幅度较大，从而对换热器的费用产生影响。研究
结果为 MW 级超临界 CO 2 布雷顿循环发电系统回热器和冷却器的研发提供技术

支撑。
Zhang 等建立了一个实验系统来研究 80kW 的 Z 字形印刷电路换热器
（PCHE）的整体性能。该装置能满足超临界二氧化碳 SCO 2 布雷顿动力循环预
冷器的要求，考虑夹点后的改进效果在 61.5%~79.3% 之间。当出口 SCO 2 温度接

近拟临界点时，热物性对传热性能的影响大于流动特性。对于局部性能而言，两
侧质量流量对 SCO 2 努塞尔数峰值出现的位置有重要影响，而只有 SCO 2 流量影
响峰值的变化。此外，曲率半径对二次流的影响也不容忽视。最后，考虑到普朗
特数的剧烈变化，提出了新的经验相关性。

Park 等对超临界二氧化碳 SCO 2 布雷顿循环预冷器的直通道印刷电路板式换
热器进行了实验研究。建立了超临界 CO 2 热工水力实验回路。采用光化学刻蚀

法独立制备直通道 PCHE 芯体并扩散焊接。研究了印刷电路板式换热器中 CO 2
的传热和流动特性。实验在三种工况下进行，即超临界工况、拟临界工况、普通

工况。比较了不同操作压力及运行工况的努塞尔数，得出结论：由于在临界点附
近 CO 2 的性质发生了显著的变化，使用基于进口和出口平均焓值的方法不适合
用于数据处理。提出采用离散化方法对临界点附近 CO 2 实验数据进行数据处理。
对在临界点附近较难确定传热性能的 CO 2 提出了合理假设方式，实验数据和数

据简化的离散化方法对设计 SCO 2 布雷顿循环的预冷器是具有指导意义。
（二）关于印刷电路板式换热器的数值研究史
美琦等采用 FLUENT 软件，对 Z 字形通道 PCHE 进行模拟计算，工质为超
临界甲烷。在通道直径 1.4mm 至 2mm 范围内，通道直径显著影响了换热能力，

直径越小，换热能力越强；随着质量流量的增大，换热能力增强，但伴随着更
高的压降；在固定直径及质量流量的情况下，入口压力的增大将导致换热能力的
减弱。
Matteo 等人提出了一种超临界二氧化碳动力系统中 PCHE 的设计方法，其

目的是评估低阶模型在预测 PCHE 传热性能方面的潜力及局限性，对传热过程分
别进行了一维和三维的建模，结果表明，两种建模方法的预测结果吻合较好，误

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