晶闸管水冷散热器的热仿真与实验

为协调散热性能与流动阻力的矛盾关系,开发了一款基于阿基米德螺旋流道结构的晶闸管水冷散热器。分别利用Hyper Mesh和FLUENT软件划分高质量网格与求解计算,得到了流速分布与温度场分布,可以看出冷却水在水冷散热器中间部位出现流速不均,导致中心部位的温度最高。通过分析冷却水流量、温度和发热量等因素对温升与压降的影响可知:入口流量不变时,温升随发热量增大而提高;发热量不变时,温升随入口流量增大而降低,流量增大至一定程度,温升受入口流量的影响很小;入口流量不变时,温升随冷却水温度升高略有下降;压降随入口流量增大而急剧上升;压降随冷却水温度提高而小幅度下降。建立了样品测试环境,测量了不同入口流量下的试验数据,对比分析可知仿真结果的准确性。对水冷散热器中间部位的流道进行改进后,最高温度降低了7.8%。     

水冷盘式制动器散热结构优化

为提高水冷盘式制动器散热性能,基于强化对流传热原理,通过添加扰流柱对制动器散热结构进行优化,设计了4种扰流柱散热结构,运用CFD方法模拟制动盘流固耦合传热过程,采用Fluent软件进行热流固耦合仿真计算,获得制动盘温度特性和换热特性以及流动阻力特性,并使用综合性能评价因子对不同扰流柱散热结构进行评价。结果表明:通过在安装盘水槽内添加扰流柱可以有效地提高水冷盘式制动器的散热效果;在相同的工作条件下,正三角形扰流柱散热结构的盘面温度最低,平均努塞尔数与流动阻力最高,其综合散热性能较圆形、椭圆形以及水滴形扰流柱散热结构分别提高了3.4%,2.4%和4.4%,较无扰流柱散热结构提高了6.7%,正三角形扰流柱散热结构具有更好的综合散热性能。研究结果为水冷盘式制动器散热结构的优化设计提供了参考。     

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%。     

内置扰流柱的人字形板式换热器的数值模拟

设计了一系列具有不同尺寸扰流柱的人字形板式换热器,基于COMSOL软件研究其传热效率.应用了冷热双通道模型,并创新性的提出了在人字形纹波中间添加空心的扰流柱.通过数值模拟方法研究了冷热双通道模型中的多物理场(流体流动和温度).仿真结果表明,扰流柱可以减小通道两侧速度较小的流动区域,从而使温度传递更加均匀.此外,内置扰流柱的通道出口处的压力损失很小.为了进一步降低压力损失,可以在出口处不设置扰流柱.同时,与传统板片相比,内置扰流柱板片可将传热效率提高3％.     

客车散热器进出口位置对流阻影响分析及优化

冷却水流经水冷散热器时产生压力损失,影响压力损失的原因很多,现讨论进口出口的位置变化对压降的影响。采用响应面设计和分析规划试验方案,通过CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟分析散热器流场,并得到冷却液进出口目标参数对于散热器进出口压降的回归方程,计算得到最低的压降和此时的进出口位置值,最终得到优化的进出口布置使散热器可以获得该散热器进出口的最小压降。     

层板结构叶片温度场的工程计算

建立了一种可快速计算层板冷却叶片温度场的工程算法,采用流动与换热耦合的计算方法,除了考虑冷气在层板内部流动所产生的温升以外,还考虑了冷气侧抽吸对换热的影响,层板内部冲击孔、扰流柱以及气膜孔的影响,叶片表面气膜喷射对换热及燃气温度的影响等.     

管式IGBT水冷散热器性能的数值模拟研究

为避免平板式水冷散热器可能因虚焊而存在泄漏的风险,设计了一款管式水冷散热器。以管式水冷散热器为研究对象,利用HyperMesh软件建立仿真分析用的网格模型,再采用FLUENT软件对流速分布、压力分布和温度场分布进行了分析,对比研究了流量、管材和底板厚度对IGBT芯片最高温度的影响。研究结果表明,压降基本上呈流量的二次方关系增长,芯片最高温度降低趋势随着流量增加由快速变为缓慢,芯片最高温度随管材的导热系数提高而降低,底板厚度对芯片最高温度的影响很小,采用单根管路的水冷散热器均温性不佳。通过对压力损失的分析,提出了单根管路改为双根管路的优化改进方案,管路压降较改进之前降低约80%,且温度均匀性更好。该研究结果可为管式水冷散热器的设计提供指导。     

水冷式热管散热器在服务器中的应用研究

为了满足数据中心服务器的散热需求,设计了一种水冷式热管散热器对服务器的CPU进行散热,并搭建服务器测试平台对此散热器的性能进行测试。在不同的CPU负载率η、环境温度Ta、进水温度Tw情况下,对安装了水冷式热管散热器的服务器进行实验研究,得出服务器CPU的温度变化规律。实验结果表明:水冷式热管散热器相对于传统的风冷散热器具有更高的散热效率,散热器的热阻仅为0.0704℃/W。影响水冷式热管散热器散热效果的最主要参数为进水温度,而环境温度对CPU的温度影响相对较小。因此,通过提高环境温度的方法,可以减少数据中心空调设备的热负荷,以达到节能的目的。     

致密多孔层板冷却结构研究

应用FLUENT软件对内部绕流形式不同的7种层板结构进行流动与换热的耦合计算,分析扰流柱、冲击孔、气膜孔之间的排布方式以及堵塞比等参数对层板冷却效率与相对压力损失的影响规律。研究表明,层板结构以冲击孔和气膜孔呈现长菱形分布、扰流柱呈梭子形排布的方式较好,压力损失小,综合冷却效率可以提高10%左右;在进气流量相同的情况下,不同的层板结构压力损失相差不大,压力损失主要发生在从环腔经气膜壁进入火焰筒流出的过程中;增加扰流柱的数量或者是增大扰流柱的直径都会带来堵塞比的增大,层板的相对压力损失会随之增加,综合冷却效率增大,一定程度上强化了换热。     

大功率晶闸管风冷热管散热器的新结构与传热试验

本文报导蒸发段内壁采用轴向槽道加抑泡孔管的风冷重力热管散热器。性能试验表明:这种热管散热器的热阻低达0.0129℃/w,主要性能指标优于国内外同类热管散热器,使风冷散热能力已达到水冷散热器的水平。     

过热蒸汽下分级机主轴系统热态特性的数值模拟

过热蒸汽气流磨是一种新型的粉体加工设备,由于其工质过热蒸汽温度较高,在系统运行时需对与其配套的分级机的轴承进行冷却,其冷却要求为保证轴承温度维持在75℃以下及避免过度冷却,使粉碎腔中轴段的温度高于100℃,保证粉碎腔中不出现冷凝现象。为寻求一种有效的冷却方法,以四川绵阳流能粉体设备有限公司某型号过热蒸汽分级机为原型建模,利用有限元分析软件ANSYS,对其在自然冷却、水冷轴承座和油循环冷却三种条件下主轴系统的温升进行了数值模拟分析。通过模拟结果得：在自然冷却的条件下,分级机上下轴承温升较快,发热非常严重,轴承外圈最高温度分别达到145℃和177℃,超过普通轴承的极限使用温度;在采用水冷轴承座时,运行约45分钟,分级机主轴系统温度达到平衡,上下轴承外圈温度最高不超过33℃和46℃,同时粉碎腔中轴段的最低温度高于100℃;在采用油循环冷却时,运行约80分钟,主轴系统温升达到平衡,上下轴承外圈温度不超过43℃和56℃,且粉碎腔中轴段表面温度最低温度高于100℃。由以上结果可看出水冷轴承座和油循环冷却两种方式均能满足冷却要求,但油循环冷却造价昂贵,且油液密封困难,而水冷轴承座这种方式简单易行,故建议采用水冷轴承座这种方式对主轴系统进行冷却。     

基于响应面的伺服驱动单元散热器优化研究

针对某型号伺服驱动单元工作过程中IPM温升过高的问题,将数值仿真技术应用到伺服驱动单元散热器优化中。开展了散热器几何参数对IPM温升的影响分析,通过均匀设计和多项式拟合相结合的方法建立了关于散热器基板厚度、翅片数和翅片厚度的IPM温升二阶响应面模型,提出了一种基于响应面的散热器优化方法。利用方差分析和拟合优度检验对响应面模型的准确度进行了评价,并在CFD软件上对优化后的散热器方案进行了数值仿真试验。研究结果表明,二阶响应面模型的误差范围不超过2.88%,可以准确地拟合IPM温升与散热器几何参数之间的数学关系;在优化后的方案中IPM温升降低了5.48℃,有效地提高了设备的可靠性,为其他型号伺服驱动单元散热器及类似结构优化提供了参考。     

一种水冷电抗器的散热器数值模拟

根据大容量电抗器的发热冷却原理,采用强迫水冷散热的设计方案,应用流体仿真软件Fluent对其中的水冷散热器进行了三维数值模拟。文中计算了在流体的不同初速度下,散热器内腔各处水流的速度场、压力场,以及散热器和流体的温度场。计算结果和实验所得结果基本符合,验证了数值模拟方法的合理性,为水冷散热器的结构优化提供了理论依据。     

CeO2添加量对铁基粉末冶金材料表面渗硼层组织与摩擦磨损性能的影响

在渗硼剂中添加CeO₂,采用固体粉末渗硼法对Fe-2%Cu-0.4%C铁基粉末冶金材料进行950℃×5 h渗硼处理,研究了CeO₂添加量(0,2%,4%,质量分数)对渗硼层显微组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明：不同CeO₂添加量下的渗硼层均形成单一Fe₂B相;随着CeO₂添加量的增加,渗硼层的表面粗糙度增大,厚度、硬度及耐磨性能呈先增大后减小趋势;当CeO₂添加质量分数为2%时,渗硼层的厚度和硬度均最大,分别约为144μm和58.0 HRC,此时渗硼层的表面完整性相对较好,磨损量最小,约为0.008 g,耐磨性能最佳。     

新能源汽车双面水冷散热器热设计及校核

对新能源汽车双面水冷散热器进行热设计计算，并分别采用CAE仿真和台架试验测试的方法对热设计计算结果进行校核，同时对热设计计算、CAE仿真校核及热测试试验结果进行分析。研究结果显示：对双面水冷散热器的热设计计算结果与CAE仿真和热测试结果趋于一致，双面水冷散热器能够满足设计要求。     

基于Fluent的水冷板式散热器数值模拟与试验研究

对水冷板式散热器进行了理论计算,并对其物理模型进行合理的简化处理,利用Fluent软件,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程和能量方程模拟了散热器的散热过程。最后进行了试验研究,试验测试和理论计算、数值模拟三者数据基本吻合,说明数值模拟方法能真实反映水冷散热器内部的复杂流动,为散热器的设计和改进提供理论依据。     

水冷散热器温度场及热变形的模拟分析

水冷散热器是保证大功率电气设备正常工作的有效散热装置,其热交换过程及热膨胀变形一直是研究的热点。针对某企业一款水冷散热器的核心部分-水冷部件,应用有限元软件ANSYS建立起其单路冷却流道的模拟模型,分析流体入口流速、空气热对流对流体出口温度的影响以及水冷部件产生的热变形。研究结果表明,流体出口温度随着其流体入口流速、空气热对流系数分别呈现曲线下降、近似线性下降的趋势;水冷部件的热膨胀变形十分明显、且分布不均匀,出现了翘曲现象。     

大容量电力电子装置中板式水冷散热器的优化设计

为提高水冷散热器的散热能力、控制其温度均匀性,在散热器外形尺寸及流量一定的条件下,从理论上对层流范围内平板式水冷散热器的三个通道参数(通道数、散热片高度、散热片占空比)与散热器量纲一散热热阻的变化关系进行了推导。提出可根据这些变化关系来对任意尺寸平板式水冷散热器的各通道参数进行优化选择,在工程设计上具有很好的指导意义,仿真和试验结果证明了方法的有效性并表明:小通道尺寸的平板式水冷散热器对于解决大热流密度器件的散热更为有效,散热效率更高;在同样的参数情况下,流量增大则散热器效率降低,应综合考虑散热器流阻和流体平均温升的控制要求来选择流量。     

换热管结构参数对车用散热器性能的影响

为提高汽车散热器的性能,建立了散热器的二维换热稳态模型,研究了换热管迎风侧结构参数(长短轴比)变化对散热器换热性能的影响规律。研究结果表明:随着换热管迎风侧长短轴比的增加,换热管表面换热能力略有下降,但换热面积明显增加,使散热器总换热量增加,散热器的换热性能提升。当长短轴比由1.0增加到2.0时,表面平均换热能力由5664.16W/m2降低到5623.57W/m2。     

计算机水冷散热系统设计与实验研究

文中针对计算机机箱风冷散热器散热能力不足影响到计算机运行流畅度和芯片使用寿命的问题,设计了军民两用电脑水冷系统,并研制了水冷台式计算机。通过对水冷散热计算机CPU在不同设定条件下进行的实验与仿真,得知空气温度、水温、机箱风扇转速和泵功率对其散热效果的影响,并建立了相应的流量和热阻、压降的关系。通过一年多的样机实验发现,器件温度受环境温度影响较大,水冷器件受水流速度影响较大,而风扇转速对各种器件散热的影响都较小。