多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

高温粉体与水冷壁面传热的实验研究

针对粉体换热器传热系数低的现象,探索采用改变主导热阻的方法提高粉体换热器传热系数.文章设计了圆弧通道和直板通道研究粉体与水冷壁面之间的对流换热,用水冷滚筒研究滚筒冷渣机内高温粉体与滚筒之间的换热能力.研究结果表明：粉体与水冷金属壁面之间的对流换热系数远大于同等条件下的接触导热为主导热阻的换热系数;滚筒颗粒床中存在难以冷却的高温核心区;高温核心区的存在,致使换热器设计使用的对数平均温差概念失去物理基础,不能反映粉体换热器的工作过程;决定滚筒冷渣机换热能力的是靠近水冷壁面的灰渣温度与水冷壁面温度的温度差.     

变加热功率下不同形状微肋阵热沉内的对流换热

为探索变加热功率下微肋阵热沉内的对流换热规律,采用精密机械加工获得圆形、菱形和三角形微肋阵热沉,建立一体式加热试验系统,测试了微肋阵热沉的压力降、流动阻力系数、热阻等对流换热参数,研究Re为0~1 000时微肋阵内阻力及对流换热受加热功率的影响规律。研究结果表明,微肋阵内阻力系数先随加热功率增加而增大,圆形和菱形截面微肋阵中该现象在Re>400时消失,而三角形微肋阵在Re>250时消失。加热功率的增加强化了圆形和菱形截面微肋阵内的对流换热,三角形微肋阵的Nu在Re<250时随加热功率的增加而增大,当Re>250后则有所降低;加热功率对于圆形和菱形微肋阵热沉热阻的影响在Re<600时较为明显,而对于三角形微肋阵当Re>250后加热功率对于热阻的影响基本可以忽略。     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

火灾下组合构件内温度场分析的二维热阻单元

目的 开发模拟钢与混凝土之间界面热传导的二维热阻单元,研究界面热阻对火灾下组合构件内温度分布的影响.方法 把通过界面的热流当作混凝土单元和钢单元的对流边界条件,分别推导出热流边界对有限元方程的贡献,然后把这些贡献组合到一起,形成热阻单元的导热单刚.结果 推导出了二维热阻单元导热单刚的通用积分表达式,并给出了六节点和四节点两种特殊矩形热阻单元导热单刚的显式表达式,这些单元已经装配到作者开发的温度场分析软件TFIELD中.结论 数值算例表明,笔者开发的热阻单元能够模拟界面热阻对组合构件内温度分布的影响.     

圆形微通的对流换热特性研究

针对圆形微通道内流体的强迫对流问题,利用分离变量法求解了考虑轴向热传导、速度滑移和温度跳跃、粘度耗散和入口效应等因素的圆形微通道的控制方程,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式。对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结果表明,受尺寸效应的影响,管径越小,平均对流换热系数越大。微通道的换热能力比宏观经典通道强,表明在相同面积上做多个微通道比一个宏观大通道的换热效果好。     

水平管道过冷沸腾换热的非稳态数值计算

为研究循环式冷却系中涉及的过冷沸腾流动传热特性,基于VOF多相流模型和Lee相变模型对一水平管道中的过冷流动沸腾过程进行非稳态数值计算。考虑到沸腾起始点的影响,在Lee模型的基础上引入Bergles提出的沸腾起始点关联式以对其进行修正。从热边界层发展和沸腾阶段的发展两方面分析水平管道过冷沸腾换热过程中的流动换热特性及其波动规律,总结了不同热流密度工况下相关参数的分布关系以及对流换热系数沿流动方向的分布规律。结果表明：热边界层的发展和沸腾不断加剧使得流场的不稳定性增加,加热区域后部对流换热系数的波动幅值是入口附近的2倍;热流密度的增加使得流动和换热参数沿流动方向的变化速度加快,热流密度为250 kW/m²工况下,热边界层发展所影响区域约为150 kW/m²工况下的60%;热边界层的发展使得加热段前部的对流换热系数呈现前高后低的特点。当受热区域热流密度较大时,换热设备可以通过减小换热通道长度的方式,在提升换热效率同时减小沸腾带来的换热系数波动的影响。     

地源热泵U型埋管换热器动态传热特性的数值分析

针对垂直U型换热器埋管及其周围回填材料和土壤传热过程,建立了将U型管壁的边界换热取为第三类对流换热条件的二维非稳态传热模型,并对处于土壤恒温区某一深度的动态传热特性,尤其是热流规律进行了数值模拟研究.分析结果表明,各处瞬时热流随时间推移存在不规则情况阶段、正常情况阶段以及准稳态阶段.各处进入准稳态阶段的时间主要取决于回填材料和土壤的热扩散系数,而准稳态阶段热流变化规律仅与导热系数有关,这对土壤导热系数现场测试具有重要的理论指导意义.     

微钢管轴向导热对对流换热的影响

以氮气为工质,流过内径为168μm、外径406μm微钢管,采用直接通电法进行加热,并使用红外成像仪加红外专用放大镜头测量了在恒定的流量下、不同加热功率以及相同加热功率、不同流量下的微钢管壁面的温度场,获得精确的微管外壁温度分布,同时测量了氮气的进出口温度和流量.根据实验结果分析了微管轴向导热对管内部对流换热的影响.研究表明,在氮气为工质下,微钢管轴向导热导致内部换热的减弱,减少量超过总对流换热量的2%.     

热阻网络模型在微槽冷却热沉优化设计中的应用

基于热阻网络模型,以热阻和压降作为目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。对于冷却尺寸为L×W=6 mm×6 mm,功率为100 W的芯片的热沉,优化后微槽宽度和高度分别为120μm和815μm,相应地总热阻为0.413 K/W。对优化后的微槽冷却热沉采用计算流体动力学(CFD)方法进行了数值模拟。模拟结果与热阻网络模型预测的结果吻合得很好。     

Numerical study on flow and heat transfer characteristics of microchannel designed using topological optimizations method

Microchannel has demonstrated advantages in the thermal management of integrated chip. In this study, the topology optimization method is applied for designing a topological microchannel to optimize the performances of both heat dissipation and pressure drop. To validate the performance of the topological structure, the flow and heat transfer characteristics of topological microchannel under non-uniform heating flux are numerically studied. The topological structure is designed to cool a heating area of 10 mm × 10 mm with 4 hotspots. Heat flux is 40 W/cm~2 in the hotspot area, while it is only 15 W/cm~2 in the rest heating area. The results of heat dissipation performance and pressure drop are compared with those of conventional straight microchannel. Numerical result shows that, compared to the straight microchannel, the hotspot temperature and pressure drop of topological microchannel can be reduced by 4 and 0.6 k Pa, respectively, under the flow rate of 2.2×10~(–4) kg/s. The coefficient of performance(COP) of topological microchannel can be 16.1% better than that of straight microchannel, which can be attributed to the effects of optimized bifurcation and confluence structural of topological microchannel.     

Equivalent thermal resistance minimization for a circular disc heat sink with reverting microchannels based on constructal theory and entransy theory

Thermal designs for microchannel heat sinks with laminar flow are conducted numerically by combining constructal theory and entransy theory. Three types of 3-D circular disc heat sink models, i.e. without collection microchannels, with center collection microchannels, and with edge collection microchannels, are established respectively. Compared with the entransy equivalent thermal resistances of circular disc heat sink without collection microchannels and circular disc heat sink with edge collection microchannels, that of circular disc heat sink with center collection microchannels is the minimum, so the overall heat transfer performance of circular disc heat sink with center collection microchannels has obvious advantages. Furthermore, the effects of microchannel branch number on maximum thermal resistance and entransy equivalent thermal resistance of circular disc heat sink with center collection microchannels are investigated under different mass flow rates and heat fluxes. With the mass flow rate increasing, both the maximum thermal resistances and the entransy equivalent thermal resistances of heat sinks with respective fixed microchannel branch number all gradually decrease. With the heat flux increasing, the maximum thermal resistances and the entransy equivalent thermal resistances of heat sinks with respective fixed microchannel branch number remain almost unchanged. With the same mass flow rate and heat flux, the larger the microchannel branch number, the smaller the maximum thermal resistance. While the optimal microchannel branch number corresponding to minimum entransy equivalent thermal resistance is 6.     

微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130μm和120μm,槽栅的宽度分别为176μm和350μm,微槽的高度分别为640μm和1000μm,相应的热阻分别为0.4857K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。     

扇形凹穴型微通道液体流动与传热特性的数值模拟

为得到扇形凹穴型微通道内单相液体流动与传热特性,以等截面矩形微通道为参照,利用FLUENT计算流体力学模拟与分析软件进行三维数值模拟,采用有限体积法离散模型和SIMPLEX算法进行层流计算,讨论扇形凹穴型微通道热沉在不同体积流量不同热流密度条件下流体流动特性和传热特性.模拟结果表明：较大Re条件下扇形凹穴型微通道具有很...     

大功耗航天器件散热处理方法的工艺研究

在真空环境中,印制板上大功耗器件的散热方法主要采用传导散热,因此增加大功耗器件与印制板接触面积是降低芯片热量的最好办法。如何对大功耗芯片与印制板之间缝隙灌注材料和灌注工艺选择,是解决大功耗器件散热效果直接体现。选用稀释后的DBSF-6101三防保护剂对航天产品印制板上大功耗器件进行温度散热灌注处理的工艺方法,该工艺方法可以解决印制板上大功耗器件在真空环境中散热由辐射散热转变为传导散热,大大降低印制板上大功耗器件表面温度。     

低轨通信卫星箱式构型设计与散热能力分析

为提高低轨通信卫星散热效率,降低卫星平台质量,通过分析卫星在轨飞行时各个蜂窝板外热流特点,提出一种以热管为传导网络的倒梯形延展板箱式构型。首先,根据低轨通信卫星在轨外热流积分平均值,通过数值计算得到各蜂窝板平均散热能力,并对比两种箱式构型散热能力。其次,为保证各蜂窝板温度均匀,设计了由预埋热管和外敷热管组成的热管网络,强化蜂窝板内和蜂窝板间热耦合特性。最后,某型低轨通信卫星采用倒梯形延展板构型方案,并对卫星进行高低温热平衡试验验证。研究结果表明:在相同面积条件约束下,与正梯形构型相比,倒梯形延展板构型+X蜂窝板散热能力提升36.3%,-X蜂窝板散热能力提升36.4%,+Z蜂窝板散热能力提升10.2%,-Z蜂窝板散热能力提升98.6%,整星散热能力提升34.6%;热平衡试验结果表明,在高低温工况下所有设备满足温度指标要求,整星满足2 200 W热耗散热能力需求,其中+Z板相控阵天线峰值热耗为870 W,证实了基于热管网络的倒梯形延展板箱式构型的可行性。     

保温材料传导系数检测系统的设计

如今北方建筑物必须添加保温材料进行隔热保温,但是各个厂家生产的保温材料质量差别很大,因此,国家相关检测机关迫切需要一种分辨率高、速度快、稳定性强的检测仪对市面上各个厂家生产的保温材料进行检测.本系统以抗干扰能力极强的AVR单片机AT90S8515作为系统核心处理器,以美国DALLAS公司生产的智能温度传感器DS18b20作为温度传导检测的采集元件,开发设计检测保温材料传导系数系统.AT90S8515单片机采用一线总线搜索算法对系统中多个DS18b20温度传感器进行查询和访问,然后定时采集各个传感器的温度并传送给上位PC机进行综合存储、处理、分析,最终计算出各个厂家保温材料的传导系数,从而判定各个厂家产品质量的等级.