微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO₂-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究.模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2×10⁶W/m².结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降.纳米流体的传热性能强于水;随着TiO₂纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

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.     

双层热源双层通道内流体流动与传热特性

为了应对集成电路中日益严峻的热问题,数值模拟了双层热源双层微通道结构内流体的流动及传热特性,将其与单层热源单层微通道进行对比分析,发现上下通道层之间的相互影响使得上层通道加热面温度降低2℃左右,下层通道热阻减小10%左右.而后以减小对流热阻的角度出发,对整体结构的传热性能进行优化,在原有矩形通道基础上布置圆形针肋以及扇形凹穴,发现此种新型通道使得下层加热面温度降低11℃左右,热阻减小,系统性能提高.     

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究．研究发现,在层流区随着雷诺数（Re）的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大．对于相对粗糙度较小（k／Dh〈3％）的两种微槽转捩Re均在1685～1760之间,与传统理论相比,转捩并未提前．但相对粗糙度为3．15％的微槽的转捩Re数为1500,与传统理论相比,转捩已提前．层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小（k／Dh〈3％）的两个微槽的摩擦阻力系数在Re〈1600的层流区域基本相同,但在Re=200～2800的测量范围内,相对粗糙度大于3％的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3％的微槽的要大．过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30％～40％．工质极性对摩擦阻力的影响很小．     

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.     

矩形微通道中流动阻力特性的实验研究

以蒸馏水作为工质,实验研究了水力直径为107.76~199.07m矩形紫铜微通道内的流动特性.实验中的紫铜微通道是由晶体生长法直接生长密封而成,有别于以往相关实验中刻蚀或微机加工所形成的微通道,避免了传统微通道加工方法所引入的误差,从而确保了微观尺寸的测量精度.实验测量了Reynolds数在70到1400之间摩擦阻力系数.实验结果表明:当Re数小于300时,在实验误差内,摩擦系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大,的值大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的.     

微圆柱阵微通道内沸腾换热及气泡运动特性研究

基于流体体积(VOF)模型对恒定热流密度下的微圆柱阵通道内的流动沸腾换热特性展开数值研究,并利用几何重构法捕捉气液两相界面迁移变化,研究了流道内流速的分布和微圆柱高度对气泡分布、沸腾换热性能及沸腾不稳定性的影响。结果表明:微圆柱的存在增加了气泡核化点密度;气泡运动增加了工质与加热壁面接触的可能性;微圆柱高度较低时,易发生气塞现象,加热面散热不均导致局部异常过热,换热性能下降;微圆柱阵通过阻碍气泡反向流动来降低沸腾不稳定性,但微圆柱高度过高会造成换热系统振荡,影响传热可靠性。     

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.     

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...     

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.     

Experimental study on flow and heat transfer characteristics of synthetic jet driven by piezoelectric actuator

To investigate the flow and heat transfer characteristics of a synthetic jet driven by piezoelectric actuator, experimental investigation utilizing particle image veloci- metry, hot-wire anemometer and infrared camera was carried out. The results show that: (1) At the jet orifice exit, pairs of vortexes are generated, broken down and merged together periodically, forming a steady jet within a several slot width from distance near the orifice exit. And during the development, the synthetic jet spreads rapidly along the minor axis direction of the orifice. While along the major axis direction, the synthetic jet contracts firstly and then spreads slowly. (2) Exci- tation frequency forced on the actuator has a great effect on the synthetic jet flow field. There are two resonance frequencies at which the mean velocity and vorticity of the synthetic jet are maximized, especially at the higher resonance frequency. The resonance frequency values obtained by the experiment are lower than the theoretical values. (3) Similarly to the common jet impingement, the convective heat transfer coefficients at the target surface impinged by the synthetic jet also take on up-down tendency varying with the jet-to-surface spacing increment. But the jet-to-surface spacing ratio for optimum cooling achievement is greater and the cooling action region is wider than the former, indicating that the synthetic jet in- troduces a stronger entrainment and more vigorous penetration in the surrounding fluid.     

重力型热管散热器传热特性的实验研究

孙志坚，王立新，王岩，吴存真，岑可法选择水作为工质，通过确定蒸发段和冷凝段的结构尺寸，设计研制了电子器件重力型热管散热器，建立了其传热性能测试实验平台，测试了在不同散热功率、进口风温和进口风速下热源表面的温度，比较并分析了测试结果.研究表明,重力型热管散热器具有良好的散热性能，可满足较高热流密度电子器件的冷却要求.性能测试台是改进散热器设计的重要手段，测试系统风速、风温及散热功率稳定，能达到设计时所要求的精度，为进一步研究重力型热管散热器的传热性能提供了实验基础.     

小尺度流道换热器流动特性实验研究

在单相强迫对流情况下,对不同当量直径,流道截面形状分别为矩形或三角形的小尺度流道换热器,以水和乙二醇溶液为介质,进行实验研究,并与常规尺度流道换热器的流动特性进行比较,结果表明:小尺度流道内流动阻力系数低于常规尺度流道,矩形流道换热器阻力特性明显优于三角形流道换热器,流动阻力系数f随当量直径的增大而增大,阻力系数与介质Pr数无关,小尺度流道内流体流动的临界雷诺数Rec在700~1200之间。。     

小尺度流道换热器流动特性实验研究

在单相强迫对流情况下,对不同当量直径,流道截面形状分别为矩形或三角形的小尺度流道换热器,以水和乙二醇溶液为介质,进行实验研究,并与常规尺度流道换热器的流动特性进行比较,结果表明：小尺度流道内流动阻力系数低于常规尺度流道,矩形流道换热器阻力特性明显优于三角形流道换热器,流动阻力系数f随当量直径的增大而增大,阻力系数与介质Pr数无关,小尺度流道内流体流动的临界雷诺数Rec在700-1200之间。     

纳米流体流动传热性能的实验与模拟研究

为了研究高温冷却条件下,γ-Al2O3-PG90纳米流体作为冷却介质在一车用机油冷却器内的流动传热性能,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟了纳米流体的性能,进行了基液与纳米流体的性能对比计算,分析了纳米粒子体积分数对性能的影响,考察了纳米流体物性预测模型的普适性,并研究了将纳米流体视为单相流体进行性能分析的可行性,通过实验测试得到了性能数据.研究发现:与基液相比,纳米流体强化换热效果明显,流动阻力有所增加,随着纳米粒子体积分数的增加,传热性能提高,流动阻力增加,说明该物性预测模型不能普适,当纳米粒子体积分数大于3%时,将纳米流体视为单相流体的性能研究结果与实验数据偏差较大,可能原因是单相流体流动无法反映较多的粒子之间的相互作用.     

含内热源堆积球床对流换热特性的实验研究

为了研究含内热源球床通道内的换热特性,采用直径为8 mm表面氧化碳钢球堆积形成球床,并采用电磁感应加热方式对球床进行整体加热.研究了球床通道内部的功率分布情况和换热系数随热流密度、工质Re的变化规律;并且根据实验数据拟合得到了球床通道内换热系数的无量纲准则关联式,拟合结果与实验结果的偏差在7％以内,符合良好.     

Experimental study on heat transfer characteristics of blast furnace copper staves

Much attention has been paid to copper staves because they have excellent performance and longevity. The hot test of copper staves was carded out using all-scale stave experiment system and according to the results, the temperature distribution and heat charac-teristics were studied. The result shows that copper stave possesses outstanding heat transfer ability, a well-distributed temperature field and low temperature on the hot side. In addition, a model was established to calculate the cooling water channels‘ inner face temperature.The calculation results indicates that the highest temperature of the inner wall of the channels is 42℃, and at the same time, the cold side of the stave temperature is 42-43℃. That is to say, the temperature in the stave is quite uniform.