连通微小通道环路热虹吸系统换热特性实验研究

针对芯片级散热场景,设计并搭建了两相环路热虹吸实验系统(TPLT),以R245fa作为工质,在冷凝器入口冷水温度为35℃、热流密度为10—162 W/cm²的工况下,研究了充液率对系统运行特性的影响,以及沟槽宽度为0.2—1.2 mm的连通平行微小通道(IPM)与平行微小通道(PPM)的沸腾换热性能。结果表明:40%是系统的合适充液率,过高的充液率导致冷凝器内部积液产生额外的蒸发器入口过冷度,过低的充液率则无法提供足够的循环流量;由于蒸发器水平放置时,TPLT系统流量启动存在滞后性,其瞬态启动特性会影响微小通道的稳态换热性能;0.2 mm槽宽的连通微小通道(IPM02,命名方式下同)具有较好的核态沸腾换热性能,因此启动阶段不存在温度过冲;最高测试热流密度下,IPM02和IPM07的传热系数相比于PPM分别提升约11%和5.7%,IPM12的传热系数则反而低于PPM。     

垂直矩形窄通道换热特性实验研究

本文以去离子水为工质进行实验,研究垂直矩形窄通道换热特性。采用单侧壁面加热,改变工质流动参数,分析沿流动方向的壁面温度分布特性和测温点处的局部换热系数。实验表明:以对流沸腾为主的阶段,换热系数随着质量流速的增加而增加,入口温度对于换热系数基本没有影响;当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而降低,当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而基本保持不变。以核态沸腾为主的阶段,换热系数随干度的增加而略微上升,随入口温度的升高而增加。     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

微通道换热器结霜特性及换热性能实验研究

结霜是制约微通道换热器在制冷及空调系统应用的主要因素之一。针对微通道换热器结霜问题,本文基于相变驱动力分析了结霜机理,观察了不同环境因素下冷表面霜层生长形貌,并实验研究了湿空气温度、含湿量、气流速度及冷却液温度对微通道换热器结霜特性及换热性能的影响。结果表明:湿空气含湿量及气流速度是影响微通道换热器结霜的主要因素,结霜时间为15 min,含湿量为5.75 g/(kg干空气)工况下,换热器表面结霜量比含湿量为3.58 g/(kg干空气)时提高了63.87%;气流速度为2.5 m/s工况下,换热器表面结霜量比气流速度为1 m/s时增加了55.4%。随着结霜时间的增长,湿空气温度、冷却液温度越低,含湿量、气流速度越大,换热量下降趋势越明显。     

矩形换热通道流动与强化换热特性数值模拟研究

采用切应力输运湍流模型(SST k-ω)分别对光滑矩形通道、连续肋矩形通道和间断肋矩形通道在五种典型工况下的流动换热进行了三维数值模拟研究。结果表明,基于SST k-ω湍流模型的光滑矩形通道流动阻力和换热系数模拟结果与经验公式计算结果可以较好符合,验证了本文所采用的数学模型的预测能力。在本文所研究的雷诺数(Re=8000~15000)范围内,连续肋和间断肋通道阻力较光滑通道都相应增加,连续肋片通道较光滑通道阻力增加2倍以上,间断肋片通道较光滑矩形通道阻力增加4.8倍以上,且随Re的增大而增加,同时,连续肋换热能力较光滑通道提升1.1倍以上,而间断肋较光滑通道换热能力提升约1.7倍以上。通过采用综合热学性能参数,对强化传热和阻力减小这两个因素进行评估,分析表明间断肋的综合热学性能明显优于连续肋。     

变工况条件下微通道蒸发器换热特性实验研究

微通道蒸发器由于紧凑、换热效果好等优点越来越多应用于汽车空调当中,但存在制冷剂分配不均导致换热效果衰减等问题而限制了大量推广,因此研究微通道蒸发器换热特性及如何改善其制冷剂分布均匀性显得重要。本文搭建了以R134a为制冷剂的汽车空调实验测试台,分析了双排四流程微通道蒸发器的换热量及损,利用红外热像仪拍摄蒸发器表面得到表面温度分布图像。随着蒸发器进风温度由21℃升高到42℃,制冷量由2.37 k W增加到4.19 k W,而蒸发器损先增加后减小,并在进风温度为27℃与进风温度为42℃时达到最大值与最小值,分别为0.21 k W与0.16 k W。表征蒸发器表面温度分布均匀性的σ值随进风温度先由2.5增至19.5然后降至1.8,即蒸发器表面温度在进风温度为27℃时分布最不均匀,而在进风温度为42℃时分布最均匀。结果表明:较高的蒸发器进风温度能有效改善蒸发器换热性能,损及σ值可分别减小26.1%与91.0%。通过实验发现,适当提高压缩机转速能有效改善蒸发器表面温度分布的均匀性。     

带次流道的波状细通道热沉流动特性研究

为探究次流道对细通道热沉流动性能的影响,使用CFD软件对有无次流道的细通道热沉进行数值模拟,分析表明,通过三种不同结构形状的细通道热沉流动特性的研究,说明结构变化后细通道热沉的流动性能减弱,在通道内流体的流动的情况下必然损耗泵的功能。细通道同弯曲部分的流体会产生速度偏移,次流能影响相邻细通道内流体的流动特性。     

树型微通道换热特性数值研究

建立了三维树型微通道换热器模型,模拟并分析了其热流耦合场。对比了单、双层微通道换热器的最高温度及双层树型微通道在顺流、逆流、交叉流三种情况下的冷却效果。底部热流密度qw=50W·cm-2时,单层微通道底面最高温度为102.5℃,双层微通道底面最高温度均低于63.38℃,且底面低于60℃部分所占比例均高于60%。双层微通道冷却效果明显优于单层微通道,且在逆流方式下,双层微通道底面温度分布均匀,中心部分具有较低温度,有效改善了一般换热器散热不均而造成的中心部分温度过高的问题。     

不同空气侧风速下微通道蒸发器换热特性实验研究

搭建微通道蒸发器性能实验台,采用控制变量法研究不同空气侧风速下微通道蒸发器表面温度分布、制冷剂进出口压力的变化规律,计算换热量和换热系数,从而分析空气侧风速对微通道蒸发器的流量分配特性和换热效果的影响。结果表明,随着风速增大,微通道蒸发器制冷剂流量分配不均匀性增大,进出口压力波动振幅和周期增加,压降增大,风速2 m/s时微通道蒸发器换热效果最佳。     

叶脉型微通道热沉设计及散热特性分析

为改善相控阵天线多热源阵面温度的均匀性,基于植物叶脉优良的传质特性,提出一种用于相控阵多热源阵面的叶脉型微通道热沉。首先,对叶脉型微通道热沉的流动特性和散热特性进行仿真分析,得到热沉的热源温度分布。然后,以热源温度标准差最小化为目标,进一步优化叶脉型微通道结构,得到了非对称叶脉型微通道拓扑结构。最后,采用金属3D打印加工了铝基微通道热沉样件并进行散热性能测试。数值仿真结果表明,相比于传统平行微通道热沉,叶脉型微通道热沉不仅强化了传热,而且使得热源温度更均匀,压力损失更小;实验结果验证了叶脉型微通道热沉优良的散热性能。研究结论可为相控阵多热源阵面的热沉设计提供依据。     

大型空间环模器热沉仿真研究

用分布参数方法，建立了热沉动态数学模型，运用MATRIXx仿真平台，建立了仿真模型，并进行了动，静态工况仿真计算。得出了热沉在稳定工况下的温度场，流量与最大温差的关系及温度动态特性，为热沉的优化设计，温度控制提供了重要依据，也为调温系统的动态仿真奠定了基础。     

板式热沉温度均匀性仿真研究

热沉在空间环境模拟设备中用来模拟空间的冷黑环境。对板式热沉流体分布与温度均匀性进行了仿真研究,使用气氮作为工质,研究了壁板间距以及氮气压力、流速对流体分布的影响。采用计算流体力学的方法,对流场进行了数值模拟和分析研究,获得了壁板间距、氮气压力和流速对热沉温度均匀性的影响规律。     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

R410A微通道内沸腾换热实验研究

在内径为2 mm的水平不锈钢微通道内对R410A的沸腾换热特性进行了实验研究。质量流率为200~600 kg/(m2·s),热流密度的范围为5~15 k W/m2,干度的范围为0.1~0.8,饱和温度为0℃和5℃。结果显示,当干度大于0.5时,随着热流密度的上升,沸腾换热系数显著上升,其平均增幅分别达到了4.6%和7.7%。当干度小于0.5时,热流密度对换热系数的影响十分微弱。随着质量流率的上升,换热系数均出现了小幅上升,其平均增幅也分别达到了1.1%和2%。而饱和温度对换热系数则几乎没有影响。随后,对可能的机理进行了讨论。实验结果又与Choi K I等以及Ebisu T等在内径分别为1.5 mm,3 mm和6.4mm管道内的研究结果进行了比较。结果显示,在相似工况下,随着管径的下降,当干度小于0.5时,换热系数呈现出上升的趋势,其平均增幅分别达到了18.4%,23.6%和19.5%。     

竖直多孔表面通道内液氮沸腾换热实验研究

在液氮自然循环流动时，对竖直多孔表面管管内沸腾换热及外管单面加热时竖直多孔表面套管内沸腾换热，进行了实验研究，分析并讨论了通道的当量半径、热流密度及含气率对沸腾换热的影响。     

CO_2冷风机换热性能仿真及实验研究

本文利用稳态分布参数法对冷风机建立仿真模型,并利用冷风机性能实验台对冷风机样机进行实验研究,利用实验研究与数值模拟相结合的方法,对冷风机换热性能进行分析研究。在校准箱内温度为-25~0℃范围内,循环倍率在2~5范围内变化时,冷风机总换热系数随着校准箱温度的升高而增大;制冷工质为CO_2时冷风机的制冷量明显高于制冷工质为NH_3时,在校准箱内温度为0℃时高42%,-20℃时高26%;管内侧压降随着循环倍率的增大而增大;换热系数随着循环倍率的增大先增大后逐渐减小,在循环倍率为3左右时,换热系数达到最大。仿真结果与测试结果趋势相同,但存在一定误差。模拟计算得出NH_3换热系数值与测试结果的误差约为16%,CO_2换热系数值与测试结果的误差约为8%。     

小通道钎焊板式冷凝器性能仿真与实验研究

本文针对当量直径为1.5 mm的小通道钎焊板式冷凝器的换热和压降特性进行了仿真和实验研究。采用有限体积法建立了一维稳态分布参数模型,对R134a和R1234yf两种制冷剂在板间冷凝换热的性能进行仿真模拟,并对模型进行了实验验证。实验结果表明:本文所建立的仿真模型精度较高,换热性能平均误差为4%,压降平均误差为16%,可用于分析换热器的整体性能。最后用此模型仿真对比了R134a和R1234yf在小通道钎焊板式换热器内的冷凝换热特性,结果显示,在相同工况下,用R1234yf替代R134a,传热系数平均下降9%,压降平均下降8%。     

竖直狭缝通道中液氮沸腾强化换热的实验研究

实验表明，狭缝间隙对液氮自然对流核态沸腾换热有明显的影响，在低热流密度下，间隙小的狭缝沸腾换热比间隙大的狭缝明显增强，当狭缝间隙小于实验压力下气泡的脱离直径时，对于同样的热流密度，传热温差减小一个数量级以上，沸腾换热系数提高十几倍到二十倍以上，当热流密度增加一定程度（＞4W/cm^2)时，间隙小的狭缝沸腾换热比间隙大的狭缝有所减弱。     

翅片管式换热器换热与压降特性的实验研究进展--实验研究

概述目前国内外空调制冷行业中普遍采用的几种不同翅片类型(平直翅片、波纹形、条缝形翅片、百叶窗形翅片)的换热特性和压降特性的实验研究进展,通过对这几种翅片类型换热及压降特性的介绍和分析,提出了趣片管式换热器研究中的一些不足。     

微管道过流特性实验与仿真研究

本文针对微管道电渗流的控制问题,阐述了电渗泵的原理和数学模型,用有限元方法进行解算,得到了与实验相一致的结果.