拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

新型聚乙烯醇/聚乙二醇水凝胶热沉性能研究

为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力,采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇(PVA)/聚乙二醇(PEG)复合水凝胶热沉,热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2712 W/m^(2)热流下进行散热性能探究实验,得到了升温特性、蒸发对流强度变化关系和溶胀变化规律。发现加入2.5%质量分数的PEG减小了随循环冷冻次数增加造成的制备变形,减小了75.53%的含水量衰减,同时使芯片表面控温下降7.53%。根据实验结果计算得到了蒸发换热系数,并研究了热流、厚度和湿度对蒸发散热的影响。通过对水凝胶不同温度和使用情况(4 h连续使用及120 d常温储存)下溶胀率的测定,证明水凝胶具备一定的短时使用可靠性,但对温度的敏感响应并不显著。

基于热网络的储能翅片管温度响应计算模型

为了解决空载高能武器储能冷却设备出口温度的快速计算问题,提出了一种二维热网络模型,用于翅片管式储能换热器在储能阶段的温度响应预测。建立了等效热阻模型,并引入了等效导热系数来考虑自然对流对相变材料融化的影响。在不同体积流量、入口温度、翅片结构和相变材料下与焓-多孔介质法模拟结果进行了对比,验证了热网络模型的准确性,石蜡类相变材料平均出口温度最大误差为0.634 K。热网络模型相比焓-多孔介质法节约了99%的计算时间,可以有效地用于复杂翅片管式储能系统的设计和优化。