轴流风扇冲击射流下泡沫铝热沉的换热特性

针对电子元器件的冷却问题,实验研究了孔隙率为0.92、孔密度不同的3种通孔泡沫铝热沉在轴流风扇冲击射流下的换热特性.测量了表征热沉整体换热性能的热阻、表面温差等参数,并与传统翅片式热沉的相应结果进行了比较分析.结果表明:泡沫铝热沉能使加热模块表面温度的分布明显变得均匀,更有利于延长电子元器件的使用寿命,而且泡沫铝热沉可在保持整体换热性能与翅片式热沉相当的条件下,使散热装置的体积和质量均减少约50%.此外,结果也显示出泡沫铝热沉在电子元器件冷却应用上有进一步优化的潜质.

高孔隙率通孔金属泡沫有效导热系数的实验和理论研究

为了研究高孔隙率通孔金属泡沫中的热传导特性及预测有效导热系数,发展了一种新的全解析有效导热系数模型。该模型通过建立更真实的十四面体三维结构作为代表单元,解析求解代表单元内稳态傅里叶热传导方程获得通孔泡沫铝的有效导热系数。该模型不含任何拟合或经验参数,有效导热系数与孔隙率之间具有简单的线性关系,且比例系数阐释了热曲折率的大小。高孔隙率下,模型预测与实验测量和文献数据吻合良好。研究结果表明:对于具有大导热系数比的实心杆与流体相(如充满空气的泡沫铝),流体相的传热可忽略不计,热量沿着曲折金属杆的一维传导占主导地位。在忽略自然对流和辐射传热时,泡沫铝有效导热系数基本不受孔密度及杆截面形状的影响。在所研究的温度范围内,泡沫铝有效导热系数可视为常数。

金属丝网编织Kagome自然对流实验研究

为了研究金属丝网编织Kagome（WBK）热沉自然对流换热性能及其影响因素,对WBK热沉进行了大空间稳态自然对流实验研究。鉴于WBK热沉结构上强烈的各向异性,在不同面烧结铝基板进行总传热热阻测量。设计搭建了具有0°～90°任意旋转功能的实验台,对不同倾角下的自然对流换热热阻进行了测量。作为参照,选取与WBK热沉相同尺寸的光板进行了稳态自然对流热阻测量。研究结果表明：与光表面相比,WBK芯体具有更高的比表面积,可以有效地降低自然对流换热热阻,为光表面的42%左右。WBK芯体3个方向的对流换热热阻不同,显示出强烈的各向异性,具有适中堵塞率（迎风面积）的o-b方向具有最小的热阻。在0°～90°倾角内,WBK芯体在3个方向均存在一个最佳倾角,约为50°,相应的换热热阻最小。

声波在二维固/流声子晶体中的禁带特性研究

采用时域有限差分法(FDTD),分析了声波在二维四方点阵铝/空气组合声子晶体中的禁带特性,并利用实验测试验证了理论分析的正确性.在此基础上研究了两种不同声阻抗率比固(实心圆柱和空心圆管)/流系统声子晶体的禁带特性.对于实心圆柱体,分析了有限尺寸结构声子晶体在传播方向上的层数对声波传播特性的影响,得到了这两种系统在不同填充率下取得最大声波禁带宽度所需的最少层数.同时指出,在低声阻抗率比条件下,对于空心圆管填充物,通过选取适当的半径比,可以获得比实心柱体更宽的方向带隙.

二维四方排列半圆铝管/空气声子晶体的禁带特性

采用时域有限差分法,分析了声波在二维四方排列半圆铝管/空气组合声子晶体中的禁带特性.通过对半圆铝管壁厚、旋转角度的计算,得到了比整圆铝管结构具有更宽完全禁带的半圆铝管结构,并利用实验测试验证了理论分析的正确性.分析了不同凹形截面散射体沿ΓX方向的禁带特性,指出了半圆管形散射体在实现最大禁带宽度方面的优越性.

铜泡沫冲击射流换热及流动可视化研究

本文实验研究了圆管冲击射流下通孔金属泡沫的流动换热特性,测量了10 PPI和30 PPI铜泡沫的平均努塞尔数Nu_(avg),同时采用烟线法得到冲击射流下铜泡沫的流场可视化图像。结果表明:在较高雷诺数下,存在最优冲击距离使铜泡沫的换热性能最优;在低雷诺数下,通孔铜泡沫的换热性能受冲击距离的影响较小。孔密度为10 PPI的铜泡沫较30 PPI铜泡沫的换热性能提高了约30%。通过流动可视化解释了铜泡沫的换热性能随冲击距离和PPI变化现象。

环形旋转冲击射流热流特性的实验研究

实验研究了由导向叶片引起的环形旋转冲击射流的流动与传热特性,并与传统环形冲击射流进行了比较.采用粒子图像测速法观察了不同冲击距离下两种射流的出口流动结构;测量并对比了两种射流在均匀加热冲击靶板上的局部压力及传热分布.对于环形冲击射流,所测得的流动结构、壁面压力及传热分布与公开数据一致;在足够大的冲击距离下,该射流显示出类似于单个圆管冲击射流的特征.对于环形旋转冲击射流,在中小冲击距离下,局部压力和传热系数在冲击靶板上的分布与传统环形冲击射流相比更不均匀,但总体传热性能更好,这是由于漩涡在导向叶片下游脱落、对流所致;在较大的冲击距离下,环形旋转射流未显示出类似于单个圆管冲击射流的特征,且由于高动量耗损,其传热性能低于传统环形射流.

非均质材料凝固过程分析--理论和实验

分析了两相非均质材料(如闭孔泡沫金属)的凝固过程,给出了可以精确预测非均质材料凝固界面位置以及凝固所需时间的解析解。用蒸馏水作为连续介质,采用试验及数值模拟分别对泡沫金属的凝固过程以及单个孔周围的材料凝固行为进行了研究,结果与理论预测吻合良好。在此基础上,定量分析了孔隙率、孔的形状(如三角形、五边形、圆形孔)等对凝固过程的影响,确定了多孔介质等效热传导系数理论中的孔形状因子。