便携式高功率激光器蓄冷散热实验研究

针对便携式大功率激光器的散热问题,文章提出了蓄冷散热的技术方案.首先分析了不同的蓄冷介质和蓄冷/释冷方式,比较得出采用冰作为蓄冷介质、采用直接接触式释冷的方案在蓄冷量、释冷过程平稳性、系统体积与重量等方面具有显著优势.随后,采用冰蓄冷、直接接触式释冷的方案,对额定散热功率4500 W的水冷板进行了散热性能测试.实验结果表明,采用冰蓄冷散热,由于冷却水温度低,水冷板整体温度较低,可以采用较小的冷却水流量满足散热需求,证明了冰蓄冷散热的可行性.随后,将冰蓄冷散热应用于大功率激光器的散热,成功实现了便携式大功率激光器散热系统轻量化.文章也对冰蓄冷散热过程中的结露、蓄冰率、工质损耗、系统工作时间等问题进行了讨论.     

池沸腾临界热流密度及临界波长的实验研究

分别在光滑及波形结构的铜表面上对水和乙醇进行饱和池沸腾实验,观测了临界热流密度(CHF)下临界波长的变化趋势,并分析了表面结构对沸腾传热系数及CHF的影响。实验验证了光滑表面上,临界波长随工质的不同而变化,继而影响CHF,其实验值与经典的临界波长及临界热流密度理论一致。而粗糙表面上的乙醇沸腾实验进一步发现,波形结构可以减小临界波长,从而有效提高CHF,其影响规律与相关文献的理论模型较为符合。     

月壤蓄热块增材制造中的热流固数值模拟

未来月球探索中,月壤原位3D打印的致密蓄热块是实现原位能源利用的重要途径。月壤中难熔固体颗粒会影响月壤的烧蚀融合,造成空隙缺陷,降低蓄热块的蓄热性能。本文采用三组分（固-液-气）固液相变的格子Boltzmann模型,研究了熔滴在固体颗粒上的沉积与凝固行为。模拟结果表明：颗粒在与熔滴接触后随即附着在熔滴表面,液滴周围的颗粒阻碍了液滴底部空气的排出,造成了不规则的三相接触线和不均匀的温度分布与热流密度分布,最终导致空隙的产生。为了实现致密蓄热块的原位3D打印,需要对月壤进行筛选与提纯的预处理,避免月壤中因固体颗粒造成的空隙缺陷。     

汽轮机低压排汽缸气动性能的数值研究

汽轮机低压排汽缸的气动性能对汽轮机组效率的影响至关重要。采用CFD软件CFX,对某型号机组的低压排汽缸小尺寸实验模型在不同来流条件下进行数值模拟研究,并进行了具有对称和非对称两种不同结构扩压器的排汽缸性能对比。结果表明不同的进口旋流对排汽缸性能影响很大,扩压器性能是影响排汽缸性能的主要因素,非对称扩压器更有利于排汽缸性能的提高。     

改性SiO_2纳米颗粒沸腾沉积层的形成原理及其沸腾换热

实验研究了改性SiO_2纳米流体液滴蒸发后的沉积图案,以及改性SiO_2纳米颗粒沸腾沉积层对沸腾换热的影响。液滴蒸发实验研究表明:改性官能团会影响改性SiO_2纳米颗粒是否吸附在液-气界面,从而推断出在沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。沸腾实验研究结果表明:用聚乙二醇基团改性的SiO_2纳米颗粒沸腾沉积层使加热面的平均粗糙度从160 nm大幅增长到977 nm,且能增强纯水的沸腾传热系数;而用磺酸基团改性的SiO_2纳米颗粒沸腾沉积层对加热面的平均粗糙度的改变不明显,只使其增大了60 nm,且恶化了纯水的沸腾传热系数。通过沸腾换热实验结果较好地验证了通过液滴蒸发实验推断出的沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。     

基于格子玻尔兹曼方法的低We数液滴铺展凝固模拟研究

为了研究3D喷墨打印中液滴在壁面的铺展、凝固现象与机理,基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM),建立了三维多组分相变模型,模拟计算了单液滴在低We数条件下与低温基板碰撞后的演变过程。在模拟过程中考虑了壁温、壁面润湿性等因素对于液滴的铺展、凝固的影响。模拟结果表明,在非润湿性壁面,液滴铺展产生震荡阻尼现象,通过改变壁温控制液滴凝固速度可以达到阻碍或者促进液滴铺展;而在润湿性壁面,凝固会阻碍液滴铺展,液滴最终铺展因子随接触角减小而降低,并且与壁温成正比关系。此外,壁温在低于一定范围后才会对液滴形貌(铺展因子、接触角)造成明显影响。     

电场作用下肋表面电对流现象的可视化研究

电场可强化池态沸腾换热已经得到研究者的普遍认可.以往研究者主要针对光滑表面、加热管或加热线表面的电场强化换热进行研究.在光滑表面增加肋结构可以改变加热面附近的电场分布,从而影响加热面的换热效果.以R113作为实验工质,搭建了可视化的池沸腾实验台,采用高速摄像机记录了肋高为2 mm的加热面在电场作用下的电对流现象.实验发现,电对流随着施加电压的升高而增强,电对流加速了加热面附近流体的混合,破坏了热边界层,使得加热面温度降低从而强化了换热.     

改性SiO2纳米颗粒沸腾沉积层的形成原理及其沸腾换热

实验研究了改性SiO₂纳米流体液滴蒸发后的沉积图案,以及改性SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层对沸腾换热的影响。液滴蒸发实验研究表明：改性官能团会影响改性SiO₂纳米颗粒是否吸附在液-气界面,从而推断出在沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。沸腾实验研究结果表明：用聚乙二醇基团改性的SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层使加热面的平均粗糙度从160 nm大幅增长到977 nm,且能增强纯水的沸腾传热系数;而用磺酸基团改性的SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层对加热面的平均粗糙度的改变不明显,只使其增大了60 nm,且恶化了纯水的沸腾传热系数。通过沸腾换热实验结果较好地验证了通过液滴蒸发实验推断出的沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。     

基于双蒸发器压缩制冷系统的激光器散热方案设计及实验研究北大核心CSCD

设计用于高功率激光器泵浦源散热的双蒸发器压缩制冷系统,通过优化设计两相流冷板内部流道,保证换热能力的同时,得到极小的板面温差。利用第二蒸发器以及压缩机待机运作产生的制冷量减小激光器芯片在变工况启动时的温度升降,避免温度剧烈波动。实验结果表明,在4组环境温度(15℃、25℃、35℃、40℃)以及3组散热工况(2 kW、3 kW、4 kW)下,通过设置合理的压缩机转速与膨胀阀的开度,可以控制表面温度处于20—30℃之间,且监控点最大温差低于1℃,系统能效比处于2.5—9区间。在变工况运行试验中,控制制冷系统直接启动,发现监控点温度剧烈波动,温度最高可达49.75℃,同一时刻监控点间最大温差达9.72℃;利用第二蒸发器实现系统待机启动,监控点温度缓慢升高至稳定区间,升温过程中温度波动极小,表明利用本系统可以实现对高功率器件的稳定散热。