变电站室内散热密度对围护结构节能性的影响

绿色节能是我国变电站建筑的发展目标,而变电站建筑功能多样且以主控室为代表的建筑具有较大的内热源,如何合理确定其围护结构保温隔热性能是实现变电站建筑节能的基础。针对典型变电站主控室建筑,采用DeST对其位于6个高寒地区时的围护结构总耗热量进行了计算分析,得到了不同室内散热密度条件下总耗热量指标随外墙传热系数的变化关系。研究结果将为高海拔寒冷地区变电站以主控室为代表建筑的节能设计提供一定的指导。

基于流固热耦合的硅基微通道散热器特性分析

通过对高热流度散热条件下内嵌平行微通道和岐管式微通道结构的两层多芯片硅基微通道散热器进行仿真分析,对比两种结构的流动和传热特性差异,进而对该晶圆级键合的硅基板进行热应力耦合仿真,分析两种不同结构下各层硅基板的应力分布。系统设计中单芯片热流密度为1000 W/cm^(2),芯片热耗共640 W,流道采用串并联对称设计。平行微通道和岐管式微通道的特征宽度为0.2 mm,高度/深度为0.35 mm。结果表明,相比平行微通道,岐管式微通道可获得更低的芯片温度,更陡峭的流阻特性曲线,但均温性相当;不同结构和温度分布导致的应力集中区域和翘曲变形方向不一致。

封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究

喷雾冷却是一种高效的高密度热流散热方式,在空间热控领域具有重要的应用前景。本文基于液膜动力学、气泡动力学和传热学的基本原理,建立了描述喷雾冷却传热特性的理论模型,模型分析结果和实验结果吻合良好;利用实验研究和模型模拟相结合的方法,对以水作为工质的封闭喷雾冷却系统的加热面温度分布、冷却曲线等特性进行了分析,分析结果显示,在封闭式喷雾冷却系统中,被冷却表面也仍然存在着温度分布的不均匀性,但是其最大温差小于5℃;由于喷雾腔内压力较低,喷雾曲线基本上处于两相区内,其换热能力远远高于常压下的换热能力。

喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究

针对喷雾冷却的高热流散热方式,设计和构建封闭循环实验装置。通过热电偶计算得到发热面的热流密度。通过激光多普勒测速仪(PDA)测量喷嘴的液雾分布、粒径和尺寸。基于气泡动力学与传热学,建立喷雾冷传热特性的理论模型。数值模拟的计算结果显示出喷雾高度对喷雾冷却曲线的影响:随着喷雾高度的增大,喷雾冷却的换热能力升高,与实验结果的变化趋势相同。同样采用数值的方法,给出不同喷雾张角、不同喷雾压力和不同喷雾高度下的换热系数,对喷雾冷却的传热特性进行分析。研究表明,两相区内的喷雾冷却换热能力得到了显著的增强,喷雾冷却存在最佳喷雾高度。

肋化结构对两相受限式阵列射流冷却的影响

为了利用两相沸腾换热提高阵列射流冷却热沉性能,使其可以用于更高热流密度散热场景,基于肋化结构对相变换热的促进作用,本文提出了两种复合不同肋化表面的受限式阵列射流冷却热沉结构,并对优化后的热沉的传热、流动特性展开了相关实验研究。两种肋化表面结构分别为:光滑切割针肋(SL1)、外覆烧结多孔层的粗糙针肋(SL2),针肋尺寸均为0.6mm×0.6mm×1mm (长×宽×高),SL2中多孔层颗粒粒径为120~150μm,厚度约为2倍颗粒直径。分布式阵列射流孔板构成5×5的射流单元,每个单元对应4×4针肋阵列,热源总面积30mm×30mm,针肋共计400个。实验使用无水乙醇为工质,得到了热沉在工质流量2.6~12.7mL/s、入口温度283~313K范围时的沸腾曲线和传热曲线。结果表明,两种针肋结构均可以有效实现单相强迫对流换热向两相沸腾换热的转变;增加入口温度或降低工质流量均可以有效地促进相变的发生。在相同工质流量、温度时,SL1较SL2具有更优的单相换热性能,随着加热热流密度的增加,SL2可以在更低壁面过热度下达到沸腾起始点实现过冷沸腾,表现出更佳的传热特性,但SL1可以达到更高的临界热流密度。

不同工质下带蒸汽腔的?形微通道热沉特性

借鉴轴向槽道热管结构在工作时良好的气、液分离工作特性,本文提出了一种带蒸汽腔的复合微通道热沉,用以解决大面积或高热流能量收集时热沉通道内部由于排气不畅易导致气塞和返流现象,进而出现流动沸腾不稳定性问题和传热恶化的问题。热沉底板包含20个?形平行通道,肋顶端与盖板下表面间形成连通的蒸汽腔作为两相流时的气体流道。实验以无水乙醇、Novec HFE 7100为工质,并结合可视化观测对热沉性能进行了研究,可以观察到随加热热流密度逐步增加,热沉内部工质依次经强制对流到过冷沸腾、核态沸腾,并最终达到过渡沸腾,可视化实验结果与温度测量结果相吻合。当使用乙醇为工质,在入口质量流速qm=280.37kg/(m2·s)、加热热流密度qeff=30.32W/cm2时,最大传热系数为9494W/(m·℃)。此种结构在有效地保证了热沉换热效果的同时,通过分离气、液流道对抑制流动沸腾不稳定性有明显效果。

航天器高热流射流冷却技术研究综述

基于航天器高热流密度散热的需求,综述了国内外近年单孔和阵列受限式浸没射流技术的研究进展。阐明了射流结构和试验工况等因素对单相/两相换热及流动性能的影响,列出了射流冷却实验研究的条件和结果,分析了换热机理和影响规律。给出了单/多微小通道、冲击表面处理等射流冷却强化结构的研究结果,概括了微通道、肋片和微纳涂层等表面结构对射流冲击换热的原理和强化效果。

High Pressure Structural Instability and Thermal Properties of Rutile TiO2 from First-principles

We report a first-principles calculation to investigate the structural instability of rutile TiO2. The high pressure structural parameters are well reproduced. The calculated phonon disper-sion curves agree with experiments at zero pressure. Under compression, we capture a large softening around Γ point, which indicates the structural instability. From the high pressure elastic constants, we find that the rutile TiO2 is unstable when the applied pressure is larger than 17.7 GPa. Within the quasi-harmonic approximation, the thermal equation of state, thermal expansion oefficient, bulk modulus, and entropy are well reproduced. The thermal properties confirm the available experimental data and are extended to a wider pressure and temperature range.

单相阶段板式多喷嘴阵列喷雾冷却的试验研究

喷雾冷却由于在较小的工质流量下可以实现很高的散热能力,在高热流密度散热、电子元器件热控等领域具有广阔的应用前景。针对较大面积的发热表面的温度控制和热量散出,本文建立闭式喷雾冷却循环系统,并选取板式多喷嘴阵列,对其在单相阶段瞬态和稳态时的换热特性进行研究。系统选取水为工质,冷却30mm×30mm的发热表面。试验中测试了板式多喷嘴阵列的雾化性能,并得出了在单相阶段时瞬态的温度变化曲线和不同体积流量下的喷雾冷却曲线。试验结果表明,板式多喷嘴阵列的雾化特性较为均匀,且喷雾冷却在单相阶段能达到较高换热性能,而流量对换热影响明显,在更大的流量下换热性能更显著。

极高热流密度的降级散热及耦合优化

伴随着各类载荷的小型化发展趋势,各类光/电子器件向着更高集成度方向发展,对热控系统带来更严苛的散热需求。芯片热流密度将达到1500 W·cm^(-2),目前各类散热技术均很难突破。本文针对千瓦每平方厘米级的“高热流密度、大功率”散热需求,提出了降级散热的新方法。采用超高热导率材料进行散热模块设计,将千瓦每平方厘米级降级至现有较为成熟的散热技术能耗散的百瓦每平方厘米量级。讨论了降级散热的传热特性和冷却工质的选择。针对降级散热的热点移除问题,提出雪花状和叶形仿生拓扑优化结构。为电子芯片的极高热流密度散热提供了新的解决思路。

基于气体轴承支撑的换热器理论与实验研究

本文基于高热流密度电子元器件的散热问题,提出一种新的换热器技术——气体轴承换热器。气体轴承换热器是一种全新的强制风冷换热器,它将传统风扇和散热片组合创新,设计成旋转散热片和固定基板的结构形式。由于散热片高速旋转,散热片带动周围的空气做离心运动,大大降低了热量包裹边界层的厚度,使得自身与离心运动的冷却空气形成充分热交换,从而将热量散发出去。本文从气体轴承换热器的研究背景、散热机理、理论设计及实验研究等方面阐述该技术,结果表明气体轴承换热器在强制风冷散热上有较大的优势。