小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究

对圆形细通道流动与换热特性进行了试验测量,着重考察了通道几何参数(直径、长度)对其流阻系数和换热系数的影响规律,试验中雷诺数Re范围为500～5000.研究结果表明:通道直径越小,通道内流体的流阻系数越大,换热系数越大;通道长度越长,通道内流体的流阻系数越小.这将为圆形细通道的应用提供参考.     

纯水射流流场分布及冲击换热数值模拟研究

纯水射流冲击换热过程是自由水射流对固体壁面的冲击,由于水流直接冲击被冷却的表面,喷射距离短且被冲击的表面上的对流边界层薄,从而使冲击区域产生很强的对流换热效果。首先对纯水射流流场分布进行分析,然后基于Fluent软件对不同参数下的射流冲击区域的对流换热过程建立射流冲击换热模型进行有限元仿真,系统地分析了射流水的射流速度、射流角度和喷嘴直径对纯水射流冲击换热过程的影响。结果表明:纯水射流流场一般分为自由射流区、滞止区和壁面射流区;随着射流速度的增大、射流角度的减小和喷嘴直径的增大,对流换热系数的数值增大,对流换热性能增强。     

叶片前缘气膜冷却数值模拟

为了研究叶片前缘区域的换热特性,采用非结构化网格和realizable紊流模型,求解三维N-S方程,对前缘带有一排冷气孔的涡轮叶片进行了换热特性的数值模拟.分析了不同动量比,湍流度,孔间距及径向角下冷气射流的运动规律,换热分布以及冷效分布特点.结果表明,当动量比Ⅰ大于1时,在相同孔型下,动量比越高,冷效越大.在相同动量比下,孔间距越小,冷效越大.但动量比,孔间距及径向角对换热系数影响不大.当湍流度增加时,换热系数增加而冷效降低.沿展向,气膜孔中心区域冷效较高,两孔之间区域较低;而换热系数则相反,气膜孔中心区域换热系数较小,两孔之间区域较大.     

基于花纹结构特征的滚动轮胎表面对流换热规律数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了不同胎面花纹的轮胎在不同行驶速度下的表面对流换热规律,并得到相应的特征方程式。通过研究发现:轮胎胎面、侧面的平均对流换热系数均随车速的加快而增大;花纹角度对轮胎胎面平均对流换热系数影响不明显,但对胎面局部对流换热系数有一定影响;同一速度下,轮胎侧面平均对流换热系数随花纹角度的增大而逐渐减小。     

旋转盘附近加热表面的射流冲击传热研究

采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同旋转速度和旋转方向下,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用进行了研究分析。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,但气旋流动与射流冲击的耦合作用均使得加热表面的对流换热能力相对圆盘静止时得到增强;盘缘在射流冲击喷嘴附近的切向速度与射流冲击方向协调时,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用有利于改善磨削弧区的对流换热,随着转盘旋转速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。     

带侧向出流孔的梯形通道内部换热特性数值研究

采用非结构化网格和标准k-ε湍流模型,求解三雏N-S方程,对带侧向出流孔的梯形通道内表面流动情况进行了数值模拟,具体研究了孔径为0.03,通道进口雷诺数为30000,测流比分别等于1,0.3,0时梯形通道内的流动及换热情况.结果表明:随着侧流比的减小,通道内表面沿流向相同位置换热趋于一致;平均努赛尔数随之单调递增.     

冲击射流冷却高功率电子元件的试验研究

电子产品的发展趋势是运行速度快、发热功率大、体积小,散热能力对其性能影响很大。冲击射流因其冷却效果好被广泛用于冷却电子产品。基于冲击射流冷却技术,设计搭建了一个空气冲击射流冷却试验装置,通过试验研究了加热功率、射流温度、喷嘴与壁面间距离和喷嘴直径对空气冲击射流换热的影响:加热功率在15.7～49.0 W范围内,沿径向壁面温度均先降后升、换热系数先增后减;随着加热功率增大,壁面径向温度分布越不均匀、平均温度升高,对换热系数没有影响;射流温度一定,沿径向壁面温度先降后升、局部换热系数先增后减;随着射流温度升高,壁面平均温度小幅升高、径向温度分布越均匀,空气物性发生变化,换热系数略有提高,但换热系数的最大值位置不变。     

壁冷叶片冲击射流孔的流动特性实验研究

用实验的方法对涡轮叶片壁面冲击冷却的流动特性进行了研究，并用直头五孔探针对冲击射流孔内的流场进行了详细的测量，着重研究了不同雷诺数和不同的通道高度比（通道高度与射流孔直径之比z／d）对射流孔内流动结构和流量系数的影响。实验结果表明：通道高度的变化会明显改变孔内的流场结构和孔的流量系数；而在同一通道高度下，雷诺数的改变对孔内流场影响相对较小。在射流孔内存在着漩涡结构，这有助于深入了解气膜冷却的内在机理。     

带射流收缩通道内部换热特性数值模拟

采用数值模拟的方法对简化后的燃气涡轮发动机进气道支板内部换热特性进行三维数值模拟,具体通过对带射流收缩型通道内部的流场结构和换热分布进行研究来揭示其内部换热机理,并与采用热色液晶全面表面瞬态测量技术测得的换热实验结果进行对比,从而验证计算方法的可行性.研究结果表明:射流在通道内呈现对涡结构流动,矩形出气缝的位置对通道内部流动和换热特性影响较大,换热计算结果与实验测量结果基本吻合,所用的数值模拟方法较为真实的预测了带射流收缩型通道内部的换热特性.     

排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。     

基于MEMS技术的新型微冷却方式

针对高功率电子器件散热问题,介绍了国际前沿领域电子设备热控制的技术动态．讨论了基于MEMS技术的微冷却器有体积小,散热面积大,消耗功率低,批量制作经济性好等优点。分析了微通道、微喷流和微热管3种基于MEMS技术的新型微冷却方式的传热原理、目前的技术状况及应用前景微通道的采用增加了对流换热面积,提高了对流换热系数;微喷流冷却器中由于高速冷却液的形成,显著提高了换热系数;微热管均热效果极佳。     

真实尺寸针板结构冷却特性实验研究

在已研究放大型针板内表面换热特性的基础上,实验在大尺寸低速回流风洞内研究了3套真实尺寸针板实验件的整体冷却效果。研究结果表明:针板具有很高的冷却效果,相对孔间距(孔间距S/冲击孔径D)对冷却效果起重要的作用,孔间距越小,冷却效果越好,同时温差和流动方向对冷效也有一定影响。得出的一些定性结论对针板在实际设计应用中有一定参考价值。     

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。     

微尺度下空气静压支撑在滑移区的承载特性实验研究

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入努森数(Kn),计算了不同工况下气膜内压力和不同气膜厚度下Kn数的变化关系。引入支撑区气膜分层假设,与分子动力学相结合,对气膜内不同流态层的刚度进行了实验和分析。通过ANSYS仿真和实验数据相结合得出了结论:气膜内稀薄效应的增强,可以一定程度上提高气浮支撑的静承载能力。气浮支撑的刚度特性和气膜内部分层情况有关:以分子碰撞运动为主的稀薄层主要起容性效应,实现分子间动量的传递和转化,因此该层所体现出来的刚度较差;以惯性力驱动的连续流层内部分子运动比较稳定,特别是在垂直方向不存在显著的动能和压力能之间的转化,因此该层的刚度特性较强。实验证明,气膜厚度在1~10 μm时,气膜的刚度先增大后减小,也间接论证了静压支撑的刚度特性主要由气膜内连续流层决定。     

气动发动机排气冷量在内燃机冷却系统中的回收利用研究

针对气动发动机排气的低温特性,提出了利用气动发动机排气冷却内燃机散热器的技术方案。通过初步试验,获得了气动发动机在不同转速下的排气流量和温度特性。基于初步试验结果,建立了气动发动机排气与内燃机冷却水的热交换模型,并进行了仿真计算,得到了不同水泵流量下,热水流经换热器的进出口温差以及换热量。研究结果表明,换热器进出口热水温差、换热量随着气动发动机转速的升高而增大;随水泵流量的增加,热水流经换热器进出口的温差逐渐减小,换热量增大,但各个水泵流量下的换热量相差较小,当发动机转速为700r／min时,温差增加值及换热量的增加值均为最小;随着气动发动机转速增加,气动发动机排气的冷量炯变化范围很小,回收指数逐渐上升,冷量回收效果变好。     

新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟*

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉,应用RNG k-ε湍流模型,对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟,并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉,前者的射流流体域比后者多一个转折区,转折区内存在二次冲击,使换热得到强化。雷诺数越大,圆锥体热沉散热性能越优异;在不同锥角(15°~60°)的单圆锥体热沉传热模拟中,当锥角在45°左右时,热沉表面的平均努塞尔数数最高;圆锥体底面直径d₁和射流孔直径d比值在1~3范围内,数在比值为2.5左右达到最大值;射流高度H与射流孔直径d比值在5左右时,数趋于最大。     

离散叉排肋化内冷通道流动与传热的数值模拟

运用数值模拟方法,计算肋片导流角θ为15°～45°的离散叉排肋化冷却通道在雷诺数介于1×104～20×104之间时的换热和流阻特性。研究结果表明,(1)各算例的强化换热能力随雷诺数的增大而减小,流动阻力随雷诺数的增大而增大,综合换热效率随雷诺数的增大而减小。(2)肋片导流角的改变可以显著改变通道的换热和流阻特性。相同雷诺数下,θ=45°的强化换热比和通道阻力增大比最高,θ=15°的强化换热比和通道阻力增大比最低。在研究范围内θ=15°的综合换热效率最好。     

微通道内流体流动及换热特性的数值分析

采用Navier—Stokes方程与滑移边界条件联立的理论分析模型，对等壁温、等热流及无温度梯度工况下，气体在微通道中的流速分布、阻力系数变化趋势（Cf·Re）和传热特性（努塞尔数）进行了数值研究。结果表明：气体稀薄效应可显著减小管内的摩擦阻力和努塞尔数，增大气体流速；壁面的速度滑移和温度跳跃对微圆管内换热特性的影响相反，温度跳跃的影响更大；等热流加热与等壁温加热两种情况下，努塞尔数随克努森数的变化趋势明显不同。     

优能120纳米冷却液对油-电混动车运行热效率的影响

采用台架试验方法评估了在改变发动机进口温度、功率及转速条件下,优能120纳米冷却液对油电混动车运行热效率的影响。结果表明:温度由90℃切换至95℃时,发动机的出口温度为108℃,比参比防冻液要高9.29℃,此时平均油耗下降11.85%,最大油耗下降18.1%,发电效率提高0.52%,并且入口温度提高后其增加的油耗量仅占防冻液的20%。热机效率的提高是纳米冷却液提升了气缸工作温度,高沸点与高换热率降低了流体由于汽化产生气阻与热损失,及"发动机高温燃烧→水箱快速散热→发动机高温燃烧"周期性循环热平衡运行机制三者共同作用的结果。试验出现过热停机现象是由于发动机进口温度被恒定至设定值,故流经水箱的纳米流体的快速降温作用无法体现所致。     

某液冷冷板换热特性实验研究

针对电子设备冷却用液冷冷板设计,选用了3种新型的锯齿型翅片作为冷板内芯。为了验证新型冷板的换热特性,应用稳态电加热法,分别对内芯为矩形、梯形和侧向梯形锯齿型翅片的3种冷板以蒸馏水为介质的换热特性进行了实验研究,分别获得了在一定雷诺数范围内的换热无量纲准则式,并对液冷冷板的换热特性进行了比较。结果表明,在小流量区域,3种冷板换热系数差别不大;随着流量增大,侧向梯形锯齿型翅片对冷板通道内的扰动更强,换热性能更好。本实验为液冷冷板设计提供了参考。