电子元器件冷却中的对流换热

为了保证电子器件有一个尽可能好的热环境,必须考虑从电子组件到外部冷却介质间建立一个高效的传热途径,这种传热途径又可分为内部和外部两个部分,前者表示元件内芯片表面及中间衬料等不同材料间的导热,后者为元件表面和冷却介质间对流换热。基于电子线路的规模和运算速度以及非传热考虑的限制,所采用的冷却介质可以是气体也可以是液体,且传热方式可以是自然对流、强迫对流或混合对流,采用液冷时,可以是池沸腾或强迫对流沸腾。本文主要综述了对流冷却。     

形状记忆合金丝驱动器冷却方法理论分析及实验研究

形状记忆合金(SMA)丝驱动器的冷却时间直接影响驱动器的响应速度。提出了一种以压缩空气为冷却气源的套管式强制空气对流冷却方案,可在不影响其他SMA丝的情况下实现对单根SMA丝的快速冷却。建立了自然冷却换热和强制对流换热的数值分析理论模型,并且对直径为1mm的NiTi合金SMA丝分别进行了自然对流和强制对流换热实验,实验结果验证了数学模型的准确性。     

鼓泡式换热器的研制

鼓泡式换热器是一种高效、紧凑换热器。其换热元件由金属薄板组对缝焊(或点焊)后液压成型或预成型后缝焊而成,其对流换热系数比光滑圆管提高20～200%。本文主要介绍鼓泡式换热器的结构设计、传热元件制造工艺、传热性能及应用。     

斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

对流体在放置斜截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,得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性,再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程,并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性,在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算,两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡,而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比,局部对流换热系数可提高64%～105%,平均对流换热系数则可提高17%～36%;涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大,传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。     

旋转燃烧室冷却结构设计研究

针对新型旋转燃烧室的传热与冷却问题进行了深入研究。根据燃烧室的热传导特点,列出其热传导微分方程,讨论了传热问题的边界条件,使用有限元方法对燃烧室壁进行了温度场和应力场计算,结合实验修正取得了各个冷却通道之间的换热量及换热系数。在此基础上提出了双层螺旋通道的冷却方案。分析计算结果与实验结果相吻合。     

微/小通道冷板在某型相控阵天线上的对比分析

微通道换热是近年来电子机械工程抗恶劣环境研究的热点之一。由于其具有良好的换热特性,现在逐渐被应用于高热流密度电子设备的冷却散热系统设计之中。相控阵天线具有热源集中、热流密度极高等特点。文中将新型微通道冷板与某型相控阵天线进行有机结合,提出了一种新的相控阵天线冷却方式。同时,通过基于有限体积法的仿真分析表明,微通道冷板相较于小通道冷板更有利于控制天线中T/R模块的温度。     

电子装备热控新技术综述

重点介绍对流换热、热辐射、制冷技术,分析了对流换热的强化方法及强化措施,介绍了微通道、射流、喷淋等强化对流换热技术,以及辐射换热,制冷技术的新进展.文中还简要介绍了几种前沿的微型冷却技术的研制概况.同时结合我国电子装备热控技术面临的挑战,指出了未来的发展方向.     

梯形带肋通道内空气流动与换热特性数值研究

带肋扰流冷却是航空发动机涡轮叶片内部冷却的一种主要冷却方式。采用CFX等计算流体动力学软件,通过气热耦合数值模拟方法,对比分析了梯形冷却通道和矩形冷却通道内空气的流动和换热特性,研究了雷诺数(Re=10 000~30 000)和肋角度(30°、45°、60°和90°)对梯形带肋通道内空气流动及换热特性的影响。     

强制冷却下闭式回路脉动热管启动性能的试验研究

针对闭式脉动热管搭建试验平台,用紫铜管做试件,管内径2.7mm,全长1384mm,6弯头,丙酮为工质,采用底部电加热、上部分别采用强制对流冷却和自然对流冷却,分析了强制对流下脉动热管的启动特征及性能,对比了不同冷却方式对脉动热管启动性能的影响。结果表明,脉动热管在强制冷却下存在两种启动方式:低功率下呈现间歇性温度突变型启动特征;高功率下呈现光滑缓慢连续启动特征并可以稳定运行。强制对流冷却方式不仅能够改善脉动热管传热,更有助于脉动热管的稳定运行。     

微/小通道冷却技术的工程化应用

微/小通道冷却是工程领域应对电子设备"热障"的最重要的强化传热技术之一。文中阐述了微/小通道冷却技术的概念和原理以及微尺度流动、对流传热的微尺度效应和入口段效应,并详细讨论了开展微/小通道冷却技术工程化研究的若干关键问题,从而澄清了微/小通道冷却技术在目前阶段工程化应用方面的思路,为开展微/小通道换热器的工程研究和设计提供了有益的帮助。     

氨/水混合物管内强制对流沸腾换热计算

对几组混合工质强制对流沸腾换热系数计算的实验关联式进行分析比较。利用收集到的实验数据，在Bennett和Chen关联式与Rivera关联式的基础上进行管内强制对流沸腾传热的计算。并与Rivera的实验结果进行比较，得到适合氨／水混合物沸腾换热的计算式，并分析影响换热系数的因素。     

内置Y形螺旋元件换热管的强化传热研究

针对换热设备传热效率低等问题,研究开发出一种Y形截面传热强化螺旋元件,该元件由三个沿圆周均布的螺旋叶片及连接固定叶片的中心圆柱组成。提出了Y形螺旋元件四种强化传热机理:轴向流速增大效应强化、螺旋流速增大效应强化、二次流速增大效应强化及热边界层减薄效应强化。通过对这些强化机理的理论分析,建立了湍流工况下强化传热的努赛尔准数预测关联式。研究结果表明:当螺旋叶片扭率较小时,螺旋流速增大效应和热边界层减薄效应是传热强化的主要控制机制;当螺旋叶片扭率较大时,轴向流速增大效应成为强化传热的主要控制机制;强化传热机理的理论分析结果与数值模拟结果吻合良好,且变化发展趋势相同。     

基于同心环管冷却的高温轴设计

基于同心环管冷却理论,对工作温度为850℃的轴进行设计。在冷却水量为100t/h时,内壁强制对流换热系数为3 300 W/(m~2·K)。利用ABAQUS对高温轴进行传热和结构分析,结果表明:轴表面平均温度约162℃,轴强度、刚度满足设计要求。     

矩形带肋通道中脉动流强化换热数值研究

为了提高燃气轮机叶片内部对流冷却,采用脉动蒸汽流取代稳态蒸汽流作为内冷介质。利用数值计算方法研究脉动蒸汽流在矩形带肋通道中的强化换热能力。通过与稳态蒸汽流的对比,分析了非稳态脉动流的脉动频率、脉动幅值和雷诺数对换热效果的影响。计算结果表明,脉动流对换热的影响取决于流体压力梯度的大小,当脉动的蒸汽处于逆压梯度区间,逆压梯度越大瞬态换热更强。而顺压梯度有稳定流体的作用,在顺压梯度时间区间,有瞬时的换热甚至低于稳态流体冷却的情况出现。     

过渡流下多列叉排圆柱列流动传热特性对比研究

为了在过渡流状态下对小型化换热器叉排管束群的传热强化机理进行研究,对三列、五列叉排圆柱列的流动传热特性的数值模拟结果进行了对比研究。使用Fortran程序对基于复合网格系统的三列、五列叉排模型在不同横向间距(Ps/D)下的流动传热特性进行数值模拟。研究结果表明(1)当Ps/D=3时,五列叉排圆柱列的传热强化效果最好,Ps/D=4时,三列叉排圆柱列的传热强化效果最好;(2)在叉排管束群中,第二列圆柱列的对流换热效果最好,后排圆柱列的对流换热效果依次降低。(3)在叉排管束群中,当圆柱列列数增加时,Ps/D增大时,传热强化效果不明显。     

基于MEMS技术的新型微冷却方式

针对高功率电子器件散热问题,介绍了国际前沿领域电子设备热控制的技术动态．讨论了基于MEMS技术的微冷却器有体积小,散热面积大,消耗功率低,批量制作经济性好等优点。分析了微通道、微喷流和微热管3种基于MEMS技术的新型微冷却方式的传热原理、目前的技术状况及应用前景微通道的采用增加了对流换热面积,提高了对流换热系数;微喷流冷却器中由于高速冷却液的形成,显著提高了换热系数;微热管均热效果极佳。     

高效蒸发管传热性能标准试验装置介绍

1高效蒸发管性能(1)由于热交换器在制冷空调、热电厂、化工等领域的广泛应用,世界能源紧张问题的日益突出。以节约能源与材料消耗为主要目的,开发高效紧凑式换热器成为传热界的重要研究课题。而换热管是换热器产品的关键元件,因此,对换热管进行传热强化研究具有重要的意义。(2)几十年来对于新型高效强化传热管的研     

纵弯复合超声振动雾化冷却系统强化换热模拟研究

纵弯复合振动超声雾化冷却系统利用超声振动的能量使冷却介质雾化,并加注到热源表面进行强化换热。汽雾介质从雾化喷头喷射出去后,一直受到超声声场的作用,因此与直接射流冷却的换热效果会不同。对雾化冷却系统进行稳态及瞬态换热模拟,分析其换热能力。研究表明纵弯复合振动超声雾化冷却系统具有较强的换热能力。     

张力减径机换向器热平衡分析

针对某钢厂张力减径机的锥齿轮换向器在工作中出现的齿轮与轴承高温烧伤问题,对锥齿轮换向器进行热平衡分析。根据热网络法建立热网络模型;给出热源功率、对流换热热阻及对流换热系数的计算模型;根据热网络模型,通过AMEsim建立了传热网络计算模型并进行计算,获得了锥齿轮换向器传动系统的的稳态温度场分布;并通过建立空载试验台对计算模型正确性进行验证。结果证明了换向器在极限工况下的可靠性,并根据其温度场分布对装配提出一些建议;在空载工况下试验结果与计算结果较为一致,验证了计算模型的正确性。     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾换热特性的研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热试验装置,针对截面250mm×3.5mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行试验研究。通过试验分析可知:(1)随着干度的增加,局部换热系数先增加后减小,有一个最大值,此时处于饱和核沸腾区域,其蒸汽干度也接近于0,同时也接近于沸腾起始点。相应地流体从单相流-泡状-块状流-搅拌-环状流转变。(2)在流动沸腾换热中,热流密度对核态沸腾换热有明显影响,而对流动沸腾液膜蒸发的影响甚小,所以可以认为由热流密度的变化而引起的换热变化,主要表现在核态沸腾。(3)入口温度的变化对单相流动的换热系数有影响,而沸腾换热系数与流型及汽泡的产生及扰动有极大关系,入口温度对流动沸腾局部换热系数基本没有影响。