Investigation on flow and heat transfer characteristics in rectangular channel with drop-shaped pin fins

The flow and heat transfer characteristics inside a rectangular channel embedded with pin fins were numerically and experimentally investigated.Several differently shaped pin fins(i.e.,circular,elliptical,and drop-shaped)with the same cross-sectional areas were compared in a staggered arrangement.The Reynolds number based on the obstructed section hydraulic diameter(defined as the ratio of the total wetted surface area to the open duct volume available for flow)was varied from 4800 to 8200.The more streamlined drop-shaped pin fins were better at delaying or suppressing separation of the flow passing through them,which decreased the aerodynamic penalty compared to circular pin fins.The heat transfer enhancement of the drop-shaped pin fins was less than that of the circular pin fins.In terms of specific performance parameters,drop-shaped pin fins are a promising alternative configuration to circular pin fins.

不同形状扰流柱矩形通道内流动特性研究

对内置有相同截面面积的圆形、椭圆形和水滴形等不同形状扰流柱叉排阵列的矩形通道流动过程进行了试验和三维数值模拟，获得了通道内流场的基本特征，分析了扰流柱形状和扰流柱间距对通道压力损失性能的影响。研究结果表明：在相同的扰流柱间距下，装有水滴形扰流柱阵列的矩形通道压力损失约为圆形扰流柱的50％～60％；随着扰流柱阵列间距的减小，通道压力损失增加，改变横向间距引起的扰流柱阵列通道压力损失的改变要比改变流向间距更为显著。

高热流密度器件水冷散热器结构性能的实验研究

与平行流水冷散热相比,现阶段对喷射流水冷散热的研究报道较少。为了研究喷射流结构的散热效果,本文设计了两种喷射流结构的水冷散热器,搭建了以去离子水为冷却介质的液冷散热器实验台,调节实验的热流密度及冷却水流量在不同条件下观察芯片温度及散热器底板温度的变化,得到了不同热流密度下芯片温度、散热器底板温度及热阻随冷却水流量的变化规律。散热器内部针翅结构和冷却水流动方式的改变可使芯片温度降低5~8℃,散热器底板平均温度也相应降低4℃左右,且底板温度梯度较小。同时,热阻的变化随流量增大逐渐变缓,散热器结构改进使热阻减小了7%~8%。实验结果表明,改进结构的散热器能有效加强边角区域流体的扰动,提升散热器整体的换热效率,表明喷射流水冷散热是一种高效的散热方式。

微针肋槽道内去离子水换热特性

设计了槽肋比为1∶2和2∶1的矩形大长宽比微针肋散热器,并实验研究了去离子水在其内的流动换热性能。结果表明:当进口温度为40℃、微针肋槽道在雷诺数小于650、最高壁面温度低于77℃时,单位面积散热量可达21.32W/cm^2。当雷诺数一定时,同一个槽道壁面温度沿着流动方向不断增加、同一个位置壁面温度随着加热功率的增加而增大,局部努谢尔数沿着流动方向先减小后逐渐增加并趋于定值。当针肋流动换热长度较长时,其入口效应可以忽略,槽道平均努谢尔数随着雷诺数的增大而增大,与加热功率无关;为了更好地表达微针肋槽道内的换热特性,考虑了槽肋比、流动雷诺数等影响,拟合了去离子水在微针肋槽道内的对流换热关系式。

电动汽车用水冷散热器的设计及仿真

IGBT是电动汽车用功率组件中的关键器件,因发热量大,其散热的好坏直接影响整车的可靠性;同时功率组件小型化、集成化的发展趋势,使得IGBT散热器的尺寸须严格控制。文章介绍了一种针肋式(PIN-FIN)水冷散热器的设计过程,并应用ICEPAK热分析软件对散热器的三维流场、温度场进行了仿真分析。结果表明,使用PIN-FIN冷板不仅能很好地满足IGBT的散热需求,而且大大减小了冷板的尺寸。

翅柱式IGBT水冷散热器的数值模拟

翅柱的细节特征尺寸很小,限制了网格的尺寸,制约了对水冷散热器进行完整模型的仿真分析。采取先对流体区域进行流场计算,再利用对称性来建立热仿真模型进行散热性能仿真的方法,得到了水冷散热器在不同入口流量下的芯片最高温度和IGBT元件安装面最高温度变化结果。同时通过对比分析有、无泄压槽对3个支路流量分配的情况,发现泄压槽方式可以有效调节3个支路的压力和流量,使得3个支路的流量基本上相等。研究方法可以有效解决和实现复杂问题的仿真计算,研究结果可为IGBT水冷散热器的设计工作提供指导。

水冷盘式制动器散热结构优化

为提高水冷盘式制动器散热性能,基于强化对流传热原理,通过添加扰流柱对制动器散热结构进行优化,设计了4种扰流柱散热结构,运用CFD方法模拟制动盘流固耦合传热过程,采用Fluent软件进行热流固耦合仿真计算,获得制动盘温度特性和换热特性以及流动阻力特性,并使用综合性能评价因子对不同扰流柱散热结构进行评价。结果表明:通过在安装盘水槽内添加扰流柱可以有效地提高水冷盘式制动器的散热效果;在相同的工作条件下,正三角形扰流柱散热结构的盘面温度最低,平均努塞尔数与流动阻力最高,其综合散热性能较圆形、椭圆形以及水滴形扰流柱散热结构分别提高了3.4%,2.4%和4.4%,较无扰流柱散热结构提高了6.7%,正三角形扰流柱散热结构具有更好的综合散热性能。研究结果为水冷盘式制动器散热结构的优化设计提供了参考。

水冷热管针翅散热器换热性能数值模拟

针对目前大功率激光器存在的冷却问题,分析现有冷却方法的优缺点,提出了利用水冷热管针翅散热器解决其散热问题。采用有限容积法研究水冷热管针翅散热器的稳态换热性能,分析热管数量、热管高度、热管直径及翅顶空隙率对散热器换热性能的影响,建立水冷热管针翅散热器的物理模型并进行数值模拟。结果表明:在雷诺数Re为32 300的情况下,热管数量从36根增加到64根时,流体的平均努塞尔数Nu趋于497;热管高度从25mm增至35mm时,Nu下降7.86%,摩擦系数下降10.7%;热管直径从6mm到10mm时,Nu增加77.72%,但摩擦系数增加890.53%;翅顶空隙率从0到0.5时,Nu下降40%,摩擦系数下降44%。研究结果对水冷热管针翅散热器的设计、优化具有一定的指导意义。

翅柱式水冷散热器的性能研究

为化解强化换热与流动阻力的矛盾、优化某IGBT水冷散热器的设计,对比分析了5种不同翅柱结构(带小突起枣核状、光滑枣核状、菱形、圆形和方形)对流速、压降和温度的影响。研究结果表明:带小突起枣核状翅柱的换热效果最佳,圆形翅柱的换热效果最差;光滑的枣核状翅柱流线型最好、压降最小,方形翅柱的流线型最差、压降最大;温度对冷却介质物性参数有较大的影响,在水冷散热器的设计和使用过程中需要对温度予以关注。

针翅套管双侧强迫对流换热实验研究

为了解新型针翅套管双侧强化传热元件的换热特性,以润滑油-水为工质,对针翅套管进行了双侧强迫对流换热实验研究,分析了针翅高度与针翅管节距对换热的影响.研究结果表明:针翅套管换热元件具有良好换热效果,其双侧强迫对流换热特性与普通流道不同,由于针翅的扰动,流体在实验范围内已表现出紊流换热的特征;润滑油进出口温差对换热具有双重的影响.实验范围内,针翅管的针翅高度对换热影响较大,而针翅管节距对换热的影响相对较小.回归出的针翅套管双侧强迫对流换热实验关联式对实验结果能进行很好的关联,为进一步的研究工作奠定基础.

收缩通道内水滴形扰流柱群的换热和压力损失特性

对装有三种不同截面的水滴形扰流柱叉排阵列的收缩通道内的流动和换热进行了三维数值模拟,获得了收缩通道扰流柱排内旋涡强度分布的基本特征,并根据流场分析了扰流柱形状对柱群压力损失性能和换热性能的影响,并与具有相同流动空间的矩形通道内的流动换热特性进行了比较.计算结果表明：在所研究的Re数变化范围内,收缩通道的端壁Nuavr要高于矩形通道的,随着Re的升高,二者之间的差距有变大的趋势;收缩通道和矩形通道的压力损失系数差别很大,相同Re数下,收缩通道的压力损失系数约是矩形通道的3--4.5倍.

不同形状扰流柱群通道换热特性研究

对内置有相同截面面积的圆形、椭圆形和水滴形五种不同形状扰流柱叉排阵列的矩形通道流动换热过程进行了三维数值模拟和试验，获得了通道恒热流壁面热场的分布特征，分析了扰流柱形状和来流Re数对换热特性的影响。研究结果表明：在相同的扰流柱间距下，装有圆形扰流柱阵列的矩形通道壁面Nusselt数约比水滴形扰流柱的高25％-45％；综合考虑换热和流动损失，装有水滴形扰流柱群矩形通道的综合性能最佳。