微针肋结构大过冷度强化沸腾传热实验研究

高热流密度电子设备发热功率日益增加,需要新的高效冷却技术保障其安全运行,采用大过冷度流体与微针肋结构结合的方式是提升冷却能力的一种新思路。本文实验观测了微针肋结构过冷沸腾现象,测试了不同过冷度(50、60、75、95℃)对表面传热系数与临界热流密度的影响,确定了大过冷度下微针肋结构相比光滑结构表面传热系数的强化比例,研究了微针肋结构过冷沸腾强化传热机理。结果表明:当热流密度超过200 W/cm^(2)时,微针肋结构过冷沸腾换热表面传热系数随过冷度增大而增大;微针肋结构临界热流密度随过冷度上升而上升,当过冷度由50℃升至95℃,临界热流密度由228 W/cm^(2)升至400 W/cm^(2)以上;微针肋结构表面传热系数均比同工况下的光滑结构表面传热系数大,微针肋结构的强化传热效果在大热流密度、大过冷度下更为显著,当热流密度为250 W/cm^(2)、过冷度为95℃时,强化比例为1.28。

长菱形微针肋热沉的流动与换热特性

加工硅基长菱形微针肋热沉,并对其流动与换热性能进行试验研究和数值模拟。结果表明:在试验雷诺数Re范围内,长菱形针肋的换热系数随Re的增大而增大。雷诺数相同时,热流密度对换热系数的影响较小。热阻随泵功的增加不断降低;在泵功较小时,热阻降低的速度较快;当泵功增大到一定值时,热阻的变化趋于平缓。在一定的泵功下不同热流密度之间的总热阻没有太大的区别。努塞尔数Nu随Re增大而增大。与同样尺寸圆形、菱形针肋相比,长菱形针肋具有较好的换热性能,可以避免针肋尾部涡脱落造成的阻力损耗,同时长菱形针肋尾部延伸拓展了换热面积并扩大了固体导热区,从而提高换热效果。

流体横掠圆形微针肋热沉流动与传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横掠当量直径为90～200μm的圆形微针肋阵列热沉的流动与传热特性进行了实验研究。实验数据显示:对于叉排实验件热沉,摩擦阻力系数对雷诺数的依变关系在Re=100前后发生转变;端壁效应、高径比和布置方式对摩擦阻力系数有很大影响;努塞尔特数随雷诺数的增大显著增大,其依变关系在双对数坐标下呈现较好的线性关系。

微针肋热沉中流体流动及传热的数值模拟

针对前期试验过程,采用商用软件FLUENT进一步分析了流体横掠方形微针肋热沉的流动及换热特性.结果表明,RNGk-ε紊流模型更适应试验工况;流体流线曲折,扰动强;流动过程中,流体压力不断降低,温度逐渐升高,在针肋区尾部形成大小不一的涡流,涡流中压力保持不变,但温度有较大波动;沿流动方向,各个肋的换热系数不断降低,但降低幅度在减小,到达一定肋数后几乎不再变化,且肋正面与背面的换热系数差别也随流动的发展不断减小.

针肋套管换热元件的传热及阻力性能试验研究与分析

对气流纵掠不同结构参数的针肋套管换热元件的传热及阻力特性进行了试验研究 ,得到了该种换热元件的传热及阻力性能的实验准则关联式 ,进一步就不同结构参数对针肋套管热力性能的影响进行了比较分析 。

流体横掠方形微针肋阵列热沉的传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横向冲刷方形微针肋阵列热沉的传热特性进行了实验研究.结果表明流体横掠微针肋热沉具有优越的换热特性。实验得出,冷却液的雷诺数对热沉的换热性能影响显著;总热阻随着泵功的增大而降低;对流换热热阻在总热阻中所占比例较小,流体吸热焓变热阻成为影响热沉性能的主导因素.

“水滴”型微针肋流动与传热特性数值研究

基于圆肋尾部流动传热强化的思想,对传统圆肋进行优化,进而设计出了新型的"水滴"型微针肋。采用Fluent模拟软件对不同角度"水滴"型针肋侧壁及整体流动传热特性进行了模拟分析。结果表明:α>90°时,流动没有显著改变,边界层涡依旧发生脱落;而当α<60°后,针肋尾部逆压梯度较小,边界层涡脱离现象消失;适当的"水滴"型结构,可以避免针肋尾部涡脱落造成的阻力损耗;将针肋尾部对流传热较弱的区域由固体导热代替,同时将传热表面向流体主流区拓展,传热效果明显强化;模拟条件下,45°<α<60°时,针肋热沉综合性能最好。

叉排针肋楔型通道换热数值研究

应用湍流模型对涡轮叶片尾缘叉排针肋通道的换热与流动进行了三维数值模拟研究。为了研究冷却叶片尾缘处正压面与背压面之楔角对通道换热与流动的影响 ,在通道楔角θ为 0°～ 2 0°进行了数值模拟计算 ;为了研究 Reynolds数对通道换热与流动的影响 ,在 Re为 0 .5× 10 4～ 4 .0× 10 4进行了数值模拟计算。

叶片尾缘内冷通道中最佳强化传热的针肋排列结构研究

本文应用湍流模型对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热与流动进行了二维数值模拟研究。为了研究通道内针肋排列 方式对换热与流动的影响,对三种不同的针肋排列方式的通道进行了数值模拟计算。比较了顺排和叉排的区别,并提出了 一种沿流向叉排的针肋排列方式,且对各种排列的传热和阻力特性进行了综合分析和比较。

微针肋阵列通道中水的层流摩擦系数的模拟

在Re数为5-400时,对22组不同几何尺寸及排列的方形叉排微针肋阵列通道中水的层流流动进行了模拟计算.研究了微针肋几何结构对层流流动摩擦系数的影响,简化了通道的几何参数,拟合出包含孔隙率、弯曲度、宽高比和Re数的摩擦系数关联式.与其他实验关联式相比,可以较为准确地预测摩擦系数值.

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。

基于热阻模型的低雷诺数顺排圆形微针肋热沉多目标优化设计

利用离散方法建立了顺排圆形微针肋的离散热阻模型,根据文献结果选取适用于微尺度柱群绕流的压降控制函数,以减小热阻-压降为优化目标构建加权评价函数。通过MultiStart-Fmincon多目标优化算法,对层流状态下顺排圆形微针肋热沉的微柱间距、半径、宽度进行了优化设计,得到了不同权重下的尺寸优化结果,并用有限元分析软件对优化结果进行了模拟验证。结果表明,在选取的设计区间及工作环境下,本文提出的优化设计方法具有较好的合理性和精度。流场分析表明,柱间流速与过流截面积相关,迎水柱前后的流体压差较大且随微柱集度增加而增大,可通过二次设计提升迎水柱强度。

流体横掠顺排和错排方形微针肋阵列的流动传热和熵产分析

采用数值模拟的方法研究了流体横掠错排和顺排方形微针肋的流动、传热和熵产。结果发现,雷诺数Re≤50时顺排和错排微针肋阵的熵产接近,Re在50~100之间两者流动熵产和传热熵产的差距开始增加,Re≥100之后错排微针肋阵流动熵产远大于顺排微针肋阵,传热熵产小于顺排针肋。传热熵产数值大于流动熵产,总熵产趋势同传热熵产。以Re=100为例,详细分析发现错排针肋阵内速度场较顺排针肋阵均匀,产生的漩涡较小,温度场分布也较顺排针肋阵均匀。局部熵产分析发现错排针肋和顺排针肋传热熵产分布不同,流动熵产分布近似。

流体横掠微针肋阵列热沉的阻力特性

本文以去离子水作为冷却工质,研究了在低Re下流体横向冲刷微针肋阵列时的阻力特性,所用微针肋阵列肋高200μm,直径120μm,为转置正方形叉排结构。实验结果与可利用关联式的对比表明,现存宏观尺度上的关联式不能很好地预测流体横掠微针肋阵列热沉的阻力特性,特别是在Re大于140时,实验结果要高于关联式预测值。

纵掠针肋管传热及阻力特性试验研究

本文介绍针肋管换热元件在纵向冲刷条件下进行的传热及阻力特性试验研究.试验结果可作为以针肋管为换热元件的余热回收装置设计中的性能计算的依据.

针肋套管传热及阻力性能试验研究

通过对具有不同结构尺寸针肋的几种锅炉用新型套管元件实物模型的试验研究 ,得出了相应的传热及阻力特性的实验准则关系式 ,并进行了性能比较 。

涡轮叶片尾缘针肋的换热研究

以涡轮叶片尾缘中针肋通道的换热为研究对象,讨论并计算出了一定条件下获得最大针肋通道换热量时针肋的形状曲线和换热优势,系统分析了这种拥有最佳形状曲线针肋的通道散热量随针肋物性参数及几何特征变化的规律.

组合式微针肋的强化换热特性

对一种组合式针肋热沉(圆形针肋阵列穿叉布置等腰直角三角形小肋热沉)的换热特性进行数值模拟研究.考察了三角小肋以不同冲角布置对微针肋通道整体换热特性的影响.计算结果表明,三角小肋布置存在一个最优化角度,即以冲角30°布置的三角小肋的组合式针肋的强化换热效果最佳,远远高于单一圆针肋热沉,但强化换热效果随雷诺数的增大而降低.

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4mm、宽2mm、间距1mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625～1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。

微矩形针肋式槽道内相变微胶囊悬浮液换热特性研究

通过试验研究了相变温度为50℃的相变微胶囊悬浮液在槽肋比为1：2的微矩形针肋式槽道内的换热特性，并与相同条件下的蒸馏水换热进行了对比。结果表明，在雷诺数（Re）为500-1000范围内，不同浓度的相变微胶囊悬浮液的平均努谢尔数均高于蒸馏水，且随Re的增加而增大；相同Re下，相变微胶囊悬浮液沿流动方向的壁面温度低于蒸馏水，且随Re的增大而减小；随着相变微胶囊质量分数的增加，平均努谢尔逐渐增大、平均壁面温度逐渐降低。