电场作用下锥形孔穴表面微细通道内流动沸腾传热特性

为了探究电场作用下锥形孔穴表面微细通道内R141b制冷剂的流动沸腾传热特性,研制不同孔穴直径、孔穴密度的锥形孔穴表面微细通道板.在设计系统压力142 kPa、入口温度34.5℃、热流密度7.72～25.11 kW/m²条件下进行流动沸腾试验,对比分析不同孔穴直径、孔穴密度的微细通道电场强化传热效果.对比锥形孔穴表面微细通道和光滑表面微细通道的沿程传热特性,以进一步分析锥形孔穴对电场强化传热效果的影响.为了研究电场对受限气泡的影响,采用COMSOL软件对微细通道内电场分布进行数值模拟,并结合可视化结果分析电场对受限气泡长径比的影响.研究结果表明：在有效热流密度区间内,孔穴密度相同、孔穴直径大的微细通道电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了10.1%;孔穴直径相同、孔穴密度大的微细通道,电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了19.3%.锥形孔穴表面微细通道的电场强化传热效果优于光滑表面微细通道,电场作用下的微细通道内受限气泡的长径比与无电场时相比更小.     

电场强化微槽道结构蒸发器传热特性的实验研究

为了研究矩形微槽道表面施加电场后对蒸发/沸腾换热特性的影响, 以R141b为工质展开实验.实验结果表明:高压电场对微槽道结构的蒸发/沸腾换热有明显的强化作用, 蒸发/沸腾换热系数随着电场强度的增加而增大, 换热强化系数相比未施加电场的状况最大增加了0.7, 在高热流密度时, 换热强化系数的变化则趋于平缓.     

电场对微通道中纳米流体传热的影响

纳米流体是微通道热沉中常见的传热介质,在纳米流体中利用电泳效应可以有效提高传热效率。针对Al₂O₃-H₂O纳米流体,数值模拟电场分布、电场方向对微通道中纳米流体传热的影响。研究发现：在电场作用区域内,由于电泳力诱导了纳米流体的混沌对流,提高了传热效率;随着匀强电场数的增多,微通道内的强化传热效果增强;相邻2个匀强电场之间的距离越大,强化传热能力越强。     

管式吸附床的三维传热数值分析及结构改进

为考察吸附床内不同管数和管径对传热的影响,分别设定吸附床的换热面积或填充量为定值,改变传热管的直径及管数,建立了吸附床三维几何模型,利用FLUENT软件进行数值模拟计算,得到吸附床温度场变化规律.结果表明:当吸附床换热面积或填充量一定时,随着换热管数目增多,直径减小,同一时刻吸附床轴向和径向各点温度上升更快,分布更均匀,强化了传热;质量流量对床层温度没有大的影响;并对原吸附床结构进行改进,由原来的5根Ф32×3 mm的传热管和12根Ф10×1mm传质管改为Ф10×1 mm的50根传热管和23根传质管,其填充量变化不大,但换热面积却由0.58 m2增加为1.11 m2,床层温度分布更均匀,强化了传热,缩短了循环周期.     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理.利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟(LES),得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用.通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础.     

混沌对流强化传热的场协同分析

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量积和平均协同角的对应变化趋势,并与普通直流道内层流下的流动与传热场协同情况进行了对比.结果表明,混沌流道改变了流体在流道内速度场的分布,流场的变化影响了温度场的分布,使得两场的协同效果得到明显的改善,从而强化传热.在整个流道内,混沌对流的Nusselt数与速度和温度梯度两矢量的点积具有相同变化关系,混沌对流强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系.     

垂直管内流动相变强化传热的研究

以异丙醇 -水溶液为研究物系 ,引入空气对垂直管内流动相变强化传热进行了实验研究。分析了气体对平均传热膜系数的影响 ,并发现传热膜系数随异种气体的引入量和液速的增加而增加 ,随浓度的增加而下降 ;壁面过热度随着液速和异种气速的增加而降低 ;并在此基础上获得流动相变强化传热的关联式。     

螺旋槽管管内传热与流动性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对以空气为介质的7根螺旋槽管的传热及流阻性能进行了计算,并与圆形光滑管进行了比较.分析了螺旋槽管强化传热机理,发现其场协同程度得到改善是其传热得到强化的主要原因.同时还分析了管内Re数、槽深e、节距p以及滚球半径r对螺旋槽管换热与流阻性能的影响,结果表明:在相同流量下,节距一定时,槽深越深,换热效果越好,同时阻力也越大;槽深一定时,节距越小,流体边界层分离作用越明显,管内换热越强,流动阻力也随之增大;滚球半径对传热影响比较小,但是对流动阻力的影响却比较大.     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×10⁶W/m².结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

电场极性对池沸腾换热影响的机理

对电场极性影响池沸腾换热的机理进行了理论分析和实验研究。在实验中,换热面为一平板并接地作为0电极,高压电极为平行于换热面的线状电极。实验结果表明,正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果。这是由于施加正电压时不会有阴极发射电子现象,而施加负电压会有阴极发射电子现象,阴极发射电子削弱了电场对沸腾换热的作用。     

EHD强化传热机理分析

通过综合国际上电水动力学ＥＨＤ强化传热的最新研究成果，分析了在电场力作用下流体所受到的各种力及其对单相对流传热，沸腾传热和凝结传热的影响，给出ＥＨＤ强化传热的基本方程，并对几个重要的影响因素进行了讨论，指出了ＥＨＤ强化传热的复杂性和研究方向１。     

纵向涡发生器对强化传热的影响

纵向涡发生器可以产生纵向涡,而纵向涡可以影响流体的结构,进而可以影响它们的传热过程.通过使用FLUENT计算软件和粒子图像测试仪(PIV),采用数值模拟和实验来研究布置一种新型纵向涡发生器的流场的非定常流动特性及它对槽道的传热的影响.新型涡流发生器为高宽比为0.5的斜截椭圆柱体.数值计算所用的湍流模型为大涡模拟.将数值模拟和PIV实验结果进行比较,两者的涡量场等极为相似,证明数值模拟的计算准确性.模拟和实验表明:高宽比为0.5的斜截椭圆柱体可以产生纵向涡,可以提高槽道的对流换热系数,起到强化传热的作用.     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理．利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟（LES）,得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用．通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础．     

基于场协同理论的脉动流传热机理探究

以场协同的视角探究脉动流强化传热的机理,搭建了三角槽道脉动流传热实验台,研究了Re为300和450两种情况下不同脉动频率时的换热效果,并模拟分析对应情况下流场内部的协同性能.研究发现:在实验频率下,脉动流可以使Nu数较稳态时增长50%,全场平均协同数则增加了近1倍.脉动流对协同性能的改善与流场内涡运动有着密不可分的联系,因为涡的生长壮大过程改善了温度场与速度场的协同,并由此强化了传热.     

高热流密度芯片冷却用微槽道冷却热沉有限元模拟

对高热流密度芯片的冷却要求进行了分析,采用有限元方法对微槽道冷却热沉的传热性能进行了数值模拟.模拟结果表明,当芯片热流密度为1.28×106W/m2时,在给定边界条件下,芯片的最高温度为369.936K,因此微槽道冷却热沉完全可以满足高热流芯片对温度的要求.     

微槽群散热器换热性能实验研究

对微槽群相变散热器的散热性能进行了实验研究,实验采用了混合工质2-Methylpentane和甲醇来强化系统的换热性能,当混合工质中x₁(2-Methylpentane)的摩尔分数为10%,x₂(甲醇)的摩尔分数为90%时,微槽群散热器的换热性能最优;将该种配比的混合工质分别应用于不同尺寸的微槽群相变散热器中,得出了优化的微槽群深宽尺寸比.实验结果表明,在同一散热热流密度下,与前人的工作相比,能使芯片表面温度降低10~20℃.其散热性能满足大功率高性能电子芯片的散热需求.     

添加剂对乙二醇水溶液沸腾传热的研究

选择乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水为工质，研究了加入不同种类和浓度添加剂(表面活性剂)后，上述混合物池式沸腾传热特性.试验结果表明：某些表面活性剂能明显强化乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水溶液池式沸腾传热，其最佳添加浓度为(5.2～6.9)×10^-4 mol/L.同时对添加剂能强化乙二醇-水、乙二醇-乙醇-水溶液沸腾传热机理进行了探讨.强调表面活性物质主要通过降低溶液表面张力，降低固液界面的润湿性，增加固液接触面，增加汽化核心数等来强化上述混合物的沸腾传热.     

纵向涡发生器强化传热研究进展与展望

对通道内布置纵向涡发生器强化传热与流动减阻的研究进展进行了评述,指出了进一步深入研究的方向,主要包括:1)通过系统的实验研究和理论分析研究诱导涡的产生和发展过程,研究流动结构的控制与增强传热和流动减阻的作用机理;2)利用LES或DNS方法进行涡发生器强化传热数值模拟,或发展更先进的湍流模型;3) 引入场协同原理分析纵向涡发生器对湍流拟序结构的控制、进而分析强化传热的机理.     

X65管线厚板控冷过程的热力耦合计算与翘曲分析

通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond相变诱导塑性(TRIP)模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了热膨胀、相变膨胀、相变诱导塑性.用该模型定量分析了X65管线厚板控制冷却时相变潜热、TRIP效应对温度、残余应力的影响,研究了3种控冷工艺下材料的翘曲.结果表明:在层流冷却系数为1mW/(mm2.K)的上下对称控冷时,相变期间潜热减缓心部冷速达52.3%,潜热和TRIP效应分别产生峰值为119MPa,-91MPa和87MPa,-60MPa的应力以减小整体残余应力;上表面层流冷却系数由1mW/(mm2.K)分别增至2mW/(mm2.K),3mW/(mm2.K)后,上表面和心部的温差由107℃分别增至192℃,253℃,该侧残余拉应力的峰值由338MPa减至150MPa,翘曲量由0分别增至0.05×10-3,1.7×10-3.     

非规则截面散热板内嵌热管的传热能力分析

对一种空间实验装置中电子箱热控制系统的关键热控元件——散热板内嵌热管的传热能力进行了热分析计算.采用热容热阻网络法,建立了非规则截面槽道热管的传热模型,在传热网络分析的基础上,以热管No.21和热管No.22为例,选取空间实验装置在最热工况下稳定运行和最冷工况下从启动到稳定运行两种实验边界条件,计算了热管的传热能力,并与西班牙IberEspacio热管公司提供的传热极限数据进行了比较.结果表明,全部内嵌热管都能在传热极限范围内可靠运行,其中最热工况和最冷工况下热管的最大传热能力分别为工作温度41.7℃时的74.9W·m和-9.3℃时的69.6W·m.