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Keywords:

  • microchannel;
  • micro heat exchanger;
  • microreactor;
  • plate geometry;
  • flow uniformity

Abstract

The need to achieve high throughput in micro devices leads to high velocities through the microchannels leading to high pressure drops. Due to the nature of the microchannel plate geometry, the highest pressure drop may get localized to cause uneven flows along the microchannels leading to performance reduction. To maintain uniform flow distribution even under high throughput conditions, a two-dimensional model has been constructed to study the flow distribution along the microchannels for various plate geometries of a micro heat exchanger. A novel micro heat exchanger configuration to achieve uniform flow distribution under all operating conditions has been proposed, modelled and tested. From the results obtained, it can be seen that the plate geometry with inlet and outlet valves inline with the microchannels along with two inlets and four outlets (for possible counter-current heat exchange operation) provides uniform flow distribution under a wide range of flow conditions.

Le besoin d'atteindre une capacité élevée dans les micro-dispositifs mène à des vitesses élevées dans les micro-canaux, ce qui produit des pertes de charge élevées. Du fait de la géométrie des plaques de micro-canaux, la perte de charge la plus élevée peut se produire en des points précis et causer des écoulements inégaux le long des micro-canaux, réduisant ainsi la performance. Afin de maintenir une distribution de l'écoulement uniforme dans des conditions de capacité élevée, on a construit un modèle bidimensionnel pour étudier la distribution de l'écoulement le long des micro-canaux pour diverses géométries de plaques dans le cas d'un micro-échangeur de chaleur. Une nouvelle configuration de micro-échangeur de chaleur permettant de réaliser une distribution d'écoulement uniforme dans toutes les conditions opératoires est proposée, modélisée et testée. D'après les résultats obtenus, on peut voir que la géométrie de plaques munies de vannes d'entrée et de sortie alignées avec les micro-canaux dans le cas de micro-dispositifs à deux entrées et quatre sorties (pour un éventuel fonctionnement d'échange de chaleur à contre-courant) offre une distribution d'écoulement uniforme pour une large gamme de conditions d'écoulement.