翅片热板散热器的传热研究

在已设计的翅片热板散热器基础上进行了传热性能实验,对于充装不同工质、工质充装量、翅片热板散热器的工作方式等因素都进行了较深入的传热测试,分析这些因素对翅片热板散热器传热性能的影响.同时对翅片热板散热器的瞬态和稳态传热性能也进行了实验测试,分析了瞬态、稳态表面温度变化曲线,并进行了传热性能比较分析,讨论了工质充装量、倾斜角度等对翅片热板散热器传热性能的影响.     

翅片热板散热器的设计

针对功率电子元器件散热的需要,设计一种新型功率电子元器件新型散热器一翅片式平板热管散热器,并通过强度较核了设计的合理性,通过实验检验了设计的可靠性.     

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径 5 个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的 15 个组合方案,利用 CFD 数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数 Nu 、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria, PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。 该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。 结果表明:影响 Nu 和 f 的最主要因素是热管直径,影响 PEC 的最主要因素是翅片厚度。 对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为 0. 6 mm,翅片间距为 2. 2 mm,热管直径为 6 mm,翅片高度为 65 mm,翅片宽度为 28 mm。     

整体翅片叉排热管散热器的传热特性研究

针对三维坐标系下,整体翅片叉排热管散热器的流动和传热特性进行数值模拟研究.分析了四个主要影响因素:翅片间距、翅片厚度、排间距和管排布对努塞尔数、流动摩擦因数和热阻的影响.管排布分别为4-3叉排和3-2叉排,翅片间距分别为6mm、7mm和8mm,翅片厚度分别为0.8mm、1mm和1.2mm,排间距分别为20mm、24mm和28mm.计算结果表明:随着翅片厚度的增加,摩擦因数减小,换热能力增强,热阻有所上升;随着翅片间距的增大,摩擦因数增大,换热能力提高,而热阻基本为增加趋势;当热管排列方式从4-3叉排变为3-2叉排后,摩擦因数增加,但Re较大时,摩擦因数趋于相同,换热能力明显下降,但热阻呈下降趋势.     

变角度翅片结构对散热器性能的影响分析

为提升散热器的综合性能,以开窗角度为27°、翅片波距为2. 4 mm的百叶窗翅片散热器为基础,提出基于此结构改良的8种变角度翅片结构。采用Fluent软件进行数值模拟,通过对5种入口风速下8种变角度翅片结构的传热因子j与阻力因子f进行分析,探讨8种变角度翅片结构的优劣。研究表明,各变角度翅片结构均有效提升了散热器的传热性能,均对翅片的阻力性能影响较小,其中对散热器翅片综合性能提升最大的攻角渐变值Δθ=1. 2°,采用变角度翅片结构的散热器最高可提升6. 54%的传热性能,最高可增加1. 5%的散热量。     

典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究

以两种典型的波纹翅片单元为研究对象,在合理简化条件下给出了物理模型和数学模型,通过流固界面的传热耦合,对不同进口风速下波纹翅片单元的流动及传热和阻力特性进行了数值研究.通过对传热系数,Nu数、压降以及涡量分布的对比分析,结果表明:人字形翅片的传热性能优于波浪形翅片,而流动阻力性能却没有明显的劣势,其主要原因是翅片流场中涡流的产生与耗散存在差异.     

直流变压器用散热器数值模拟与优化

以直流变压器用散热器为研究对象,利用数值模拟对散热器进行建模仿真,研究散热器基板厚度、翅片数量、翅片厚度三个因素对散热器表面温升的影响规律,从而获得散热器的最优设计。结果表明:当基板厚度为25 mm、翅片数量为52、翅片厚度为2 mm时,散热器表面的最高温升较初始设计方案下降了约50%。     

超薄热管传热性能 的数值模拟

超薄热管在工作过程中,内部存在复杂的相变过程和两相流运动,由于封装等限制,无法通过试验对内部情况进行精准分析.为研究超薄热管在工作过程中的内部情况,对超薄热管的传热性能进行数值模拟.采用流体体积模型对超薄热管内部的两相流状态进行捕捉,分析不同充液率下超薄热管内部混合工质的速度和压力变化情况.结果表明,随着超薄热管内部充...     

散热器翅片结构对流体流动及换热过程影响的数值仿真研究

用CFD软件FLUENT对散热器常用的平翅片和波纹翅片表面的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了翅片表面的流场、温度场、压力场以及换热量、换热系数的变化规律。模拟结果表明在相同气流量的条件下,波纹翅片的压力损失比平翅片的大,平均表面换热系数及换热量均比平翅片的高,翅片的形状结构对流场分布和强化换热效果的影响较大。     

波纹翅片传热与流动特性数值仿真分析

采用数值计算方法,进行了波纹翅片传热与流动阻力特性的仿真研究。计算了波纹翅片上下表面换热系数沿着流动长度方向的变化特性;进行了波纹翅片无量纲曲率半径对换热系数、努塞尔数、管道压降、摩擦因子、管道进出口空气温差等的影响研究,绘制了波纹翅片换热性能评价图。研究结果表明,波纹翅片上下表面换热系数的大小沿着翅片长度方向呈现正弦形式波动,波动幅值逐渐较小;无量纲曲率半径的减小有利于提高波纹翅片的换热效果,但波纹翅片内空气流动的阻力也随之增大;换热性能评价图显示波纹翅片换热性能的增长率小于流动阻力的增长率。该研究内容为机车及动车组板翅式换热器空气翅片选型提供参考。     

异型管在热管换热器中传热数值模拟研究

针对热管换热器中热管具有高效传热特性,在诸多领域有着极其重要的应用。应用fluent计算软件对三种不同形状的热管的传热性能进行研究,并研究三角形热管与四边形热管混排的传热性,并比较它们之间的传热效果。分析得出:圆形热管的传热系数从前排到后排近似符合抛物线分布;三角形热管的热管系数从前排到后排维持高的传热系数不变,在此热管换热器中三角形热管的综合传热性能最好,能起到强化传热的效果;正方形热管和正方形与三角形热管从前排到后排传热系数近似符合指数分布。     

组合涡发生器在螺旋板式换热器上的强化传热研究

在螺旋板式换热器螺旋通道内设置三角翼和椭圆柱组合涡发生器,利用流体计算软件Fluent进行三维数值模拟。研究了Re为4000～7000内组合涡发生器对通道平均Nu和平均阻力系数f的影响,并应用场协同原理进行了分析。与只加装椭圆柱涡发生器的螺旋板式换热器进行对比,结果表明,纵向涡发生器产生的二次流能改善螺旋通道内的速度场与温度场的协同性,起到强化换热作用。在正三角形排列方式下,组合涡发生器通道的平均Nu比椭圆柱涡发生器的平均Nu增大8.7%,阻力因子f减小23.7%,强化换热的效果较好。     

波纹管内流动与换热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent,采用数值模拟方法究了幅值不同的两种波纹管传热状况,发现幅值为4mm的波纹管的传热状况优于幅值3mm波纹管的传热状况,这是由前者管内湍流强度高于后者所致.同时,回归了两波纹管的换热准则方程,为波纹管的校核计算及工程应用提供依据.     

Numerical simulation of fluid flow and heat transfer in a plasma spray gun

A computational fluid dynamics (CFD) simulation for analyzing fluid flow patterns in a plasma spray gun is presented in this study. It is coupled with a heat transfer simulation of the plasma spray gun. Based on CFD and heat transfer theory, the numerical model of the nozzle in the plasma spray gun is developed, and the coupled simulation of the flow fluid and heat transfer is carried out with the semi-implicit method for pressure-linked equations (SIMPLE) method. Local turbulence, which will lead to appearance of a static-water region, is found at the front corner of the cooling channel in the nozzle. The locations insufficiently cooled are found in the wall near the heat source and in the gasket in the rear of the nozzle. Then, cooling processes with different parameters of cooling water are analyzed. The optimal velocity and direction of cooling water, which efficiently cool the nozzle and improve the service life of the plasma jet, are obtained .     

扰流板型太阳能平板空气集热器数值模拟分析

为提高太阳能平板空气集热器效率,设计了扰流板型太阳能平板空气集热器,通过Fluent数值模拟,分析扰流板高度、间距对太阳能平板空气集热器性能的影响,得出最佳扰流板结构参数。结果表明：在所有研究的扰流板型太阳能平板空气集热器中,扰流板间距为800mm,高度为150mm时,集热器综合性能最佳,该集热器相比普通太阳能平板空气集热器,其效率明显提高,并通过最小二乘法得出其瞬时效率公式。     

斜截半椭圆柱面涡发生器在管道中的传热数值模拟研究

管内设置一种斜截半椭圆柱面涡发生器,利用计算软件F luent进行数值模拟研究,研究以烟气为加热介质,冷空气为冷却介质的换热方式在不同Re数下不同攻角和倾角的传热及阻力特性,并与光管进行了对比。结果表明:斜截半椭圆柱面涡发生器能明显提高换热性能,在所研究的纵向涡发生器中,攻角为60°,倾角为15°时,涡发生器强化传热综合效果最佳。     

螺旋曲面三维肋强化传热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent6.3研究普通直型三维肋和螺旋曲面三维肋分别用于矩形流体通道的流动换热特性,分析两者在雷诺数Re为2000～10000、迎流攻角β均为45°时的传热与阻力特性。研究结果表明:矩形流体通道内加螺旋曲面三维肋时平均努赛尔数Nu和平均阻力系数f皆大于普通直型三维肋,并随着Re的增大而增大。同时,利用综合评价准则数G对其传热进行综合判定,G值大于1。螺旋曲面三维肋的综合性能优于普通直型三维肋。     

Heat transfer rate of a closed-loop oscillating heat pipe with check valves using silver nanofluid as working fluid

This research investigated the effect of aspect ratios (evaporator length to inner diameter of capillary tube), inclination angles, and concentrations of silver nanofluid on the heat transfer rate of a closed-loop oscillating heat pipe with check valves (CLOHP/CV). The CLOHP/CV was made from copper tubing with an internal diameter of 2 mm. Two check valves were inserted into the tube. The tube had 40 meandering turns. The length of the evaporator was 50, 100, and 150 mm. The lengths of the evaporator, adiabatic, and condenser section were equal. The concentration of silver nanofluid was 0.25, 0.5, 0.75, and 1 %w/v, and the operating temperature was 40, 50, and, 60°C. It was found that the heat transfer rate of the CLOHP/CV using silver nanofluid as a working fluid was better than that the heat transfer rate when pure water is used because the silver nanofluid increases the heat flux by more than 10%. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Man Yeong Ha Sakultala Wannapakhe received her B.Eng. degree in Mechanical Engineering (Manufacturing) from Mahasarakham University, Thailand, in 2005. She then received her M. Eng. degree in Mechanical Engineering from Mahasarakham University, Thailand, in 2007. Sakultala Wannapakhe is currently a Ph.D. student in Energy Technology at Mahasarakham University, Thailand. Sampan Rittidech received his Ph.D. degree in Mechanical Engineering from Chiang Mai University, Thailand, in 2002. Dr. Sampan Rittidech is currently an Associate Professor at the Faculty of Engineering at Mahasarakham University in Thailand. Dr. Sampan’s research interests include heat transfer, heat pipe, and heat exchanger. Bopit Bubphachot received his Ph.D. degree in Engineering Mechanics and Energy from University of Tsukuba, Japan, in 2008. Dr. Bopit Bubphachot is currently an Lecturer at the Faculty of Engineering at Mahasarakham University in Thailand. Dr. Bopit’s research interests include Metal Forming (Fine Blanking Process), FEM Simulation in Metal Forming Process and Fatigue and Creep-Fatigue strength for Perforated Plate. Osamu Watanabe received his Ph.D. degree in Engineering from University of Tokyo, Japan, in 1981. Dr. Osamu Watanabe is currently a Professor at Graduate School of Systems and Information Engineering at University of Tsukuba, Japan. Dr. Osamu’s research interests include inelastic behavior, material strength in nuclear or thermal plants, code and standard for plant technology.