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。     

内置开孔梯形波带换热管数值模拟及实验研究

提出一种新型开孔梯形波带插件,目的是减少传统波带对流体产生的过高阻力,增加其Re数适用范围。建立相应的物理和数学模型,采用Fluent对其不同结构参数设定下的传热与流动特性进行数值模拟并对插件结构进行了设计优化,同时通过实验验证模拟结果并根据实验数据拟合出4000Re10000时内置开孔梯形波带的换热准则关系式与管内流动阻力关系式,为开孔梯形波带实际应用提供理论依据。研究结果表明:新型开孔梯形波带在中高雷诺数条件下减阻效果明显,综合传热性能优于传统梯形波带并且具有一定的核心扰流作用。     

新型收腰管散热器散热性能的数值模拟研究

文中利用CFD仿真分析方法,对管片装配式的一种新型收腰管型散热器和以往椭圆管和扁管的汽车散热器分别建立三维数值仿真模拟,通过计算得到散热单元模型的流动细节与换热规律,获得管外空气的温度场、速度场和压力场分布。根据结果分析得到三个管的散热性能:收腰管扁管椭圆管。     

翅片热板散热器的传热数值模拟研究

采用有限元法,应用ANSYS软件的热分析功能对翅片热板散热器的传热性能进行了数值模拟,并计算出该散热器表面的瞬态温度变化曲线,与实验测试结果吻合得较好.最后的研究结果表明:所研制的新型功率电子元器件翅片热板散热器散热性能良好,具有良好的启动性能和等温性能.     

微管道散热器换热性能的有限元分析

利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的管道表面温度分布、流体温度分布及流动阻力系数和换热系数等。与现有的分析方法对比发现，利用有限元方法可对热负荷任意分布工况下的微管道散热器进行传热性能分析，而且使用范围比现行的大型CFD软件更广，也可用于分析微管道散热器的几何参数对散热器传热性能的影响。     

内置组合转子换热管综合传热性能的数值模拟研究

通过对光管、内置螺旋两叶片和内置加轴螺旋两叶片两种结构组合转子的换热管的综合传热性能进行了三维模拟,分析了换热管内部的流场、速度场、温度场以及压力场,得到了管内流体的阻力特性和传热特性。模拟结果表明,内置组合转子换热管内的三维流动复杂,且有较强的湍动程度;相同雷诺数条件下,装有螺旋两叶片转子和加轴螺旋两叶片转子换热管的努赛尔数分别比光管提高了(1.32¹.35)倍和(1.431.35)倍和(1.43¹.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.61.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.6¹44.)8%和(126.5144.)8%和(126.5¹34.8)%。可见,加轴螺旋两叶片转子对换热管内传热能力的提高更为显著,同时也产生了一定的管内阻力,为综合考虑传热和阻力两方面因素,引入了综合评价指标(PEC)。对两种转子的综合评价指标值进行对比,加轴螺旋两叶片转子的综合传热性能更好。     

散热器空气侧三维数值模拟

本文在对散热器的物理模型单元进行了合理的简化处理后,利用Fluent软件,采用SIMPLEC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空气在散热器空气侧流动的传热过程,计算出散热器的平均换热系数,并通过模拟两种尺寸和五种流速的情况展示出提高散热器的散热效率的几种常规做法.     

散热器翅片结构对流体流动及换热过程影响的数值仿真研究

用CFD软件FLUENT对散热器常用的平翅片和波纹翅片表面的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了翅片表面的流场、温度场、压力场以及换热量、换热系数的变化规律。模拟结果表明在相同气流量的条件下,波纹翅片的压力损失比平翅片的大,平均表面换热系数及换热量均比平翅片的高,翅片的形状结构对流场分布和强化换热效果的影响较大。     

螺旋鳍片管换热过程三维数值模拟及性能评价

基于三维有限元模型,采用ANSYS的二次开发语言APDL编写仿真程序,对工作在锅炉省煤器中的螺旋鳍片管的换热特性进行了数值模拟.基于仿真模型分析了管内冷水速度、管外烟气温度变化对螺旋鳍片管换热性能的影响.提出了一种以热流边界层宽度及温度梯度为依据进行定性分析,以传热效率为依据进行定量分析或优化设计目标函数的螺旋鳍片管三维仿真结果评价方法.研究结果表明,为基于有限元分析技术进行螺旋鳍片管换热器的结构优化设计奠定了基础.     

叶片外部换热实验和数值研究

在短周期跨音速传热风洞上,研究不同雷诺数和压比下无气膜导叶表面换热系数分布,并在相应的数值模拟中分析叶栅通道涡结构的生成与发展,研究其对叶片换热的影响。     

翅片管换热过程的数值模拟

以切削-挤压复合成型新工艺加工的新型翅片管为研究对象,给出大长径比的翅片管换热过程的数学模型及其有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS的二次开发语言APDL编写程序,对翅片管换热过程中温度场的分布进行数值模拟,得到翅片管两侧的平均对流换热系数;对不同尺寸的翅片管进行换热过程模拟计算,并根据结果总结出翅片管几何参数对对流换热系数的影响规律;对有限元计算结果进行实验验证,两者结果比较吻合;并以计算结果为依据,对翅片管结构进行优化。     

长短叶片离心泵汽蚀性能数值模拟分析及实验研究

为提高离心泵的汽蚀性能,利用CFD数值模拟分析与实验研究相结合的方法对长短叶片离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究,分析了3种不同短叶片进口直径在不同汽蚀工况时气泡分布情况对叶轮内部流动和性能的影响。分析结果表明:选择合理短叶片的进口直径可以有效提高离心泵的抗汽蚀性能,避免叶轮进口堵塞和流道内发生漩涡汽蚀。当汽蚀余量减小到一定程度,离心泵短叶片进口直径为0.65D2(D2为叶轮外径)时,在长叶片和短叶片的背面都会出现漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.75D2时,在长叶片背面与短叶片工作面间的流道内会出现两个漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.85D2时,离心泵的抗汽蚀性能最佳。     

纯水射流流场分布及冲击换热数值模拟研究

纯水射流冲击换热过程是自由水射流对固体壁面的冲击,由于水流直接冲击被冷却的表面,喷射距离短且被冲击的表面上的对流边界层薄,从而使冲击区域产生很强的对流换热效果。首先对纯水射流流场分布进行分析,然后基于Fluent软件对不同参数下的射流冲击区域的对流换热过程建立射流冲击换热模型进行有限元仿真,系统地分析了射流水的射流速度、射流角度和喷嘴直径对纯水射流冲击换热过程的影响。结果表明:纯水射流流场一般分为自由射流区、滞止区和壁面射流区;随着射流速度的增大、射流角度的减小和喷嘴直径的增大,对流换热系数的数值增大,对流换热性能增强。     

螺旋四叶换热管传热与流动性能数值模拟研究

设计了一种新型高效螺旋四叶换热管。通过数值模拟分析,得到速度场云图和温度场云图,研究雷诺数为4 000～20 000时曲率半径对螺旋四叶换热管传热与流动性能的影响。研究结果表明:螺旋四叶换热管的传热与流动性能随雷诺数的增大而提高;曲率半径增大能够破坏或减薄边界层,提高螺旋四叶换热管的传热与流动性能,同时减小压降。     

制冷系统变工况性能数值模拟与实验研究

采用分布参数的方法建立了制冷系统的数学模型,在建立冷凝器和蒸发器两相区模型时采用了分相流模型,并考虑了流型变化对制冷剂流动换热过程的影响。利用所建模型,计算分析了冷凝器进口空气温度、蒸发器进口空气温度等参数变化对系统性能的影响,在焓差实验室对一台风冷热泵空调器性能进行了实验研究,得出了冷凝器和蒸发器进口空气温度随冷凝压力、蒸发压力、过冷度和过热度的变化曲线。将理论计算结果与实验结果进行对比分析,结果证实了所建仿真模型是合理的。     

空气预热器换热过程数值模拟

利用有限元的方法,使用ANSYS软件分别对整体转子、单层隔板、扇形板进行热-力耦合数值模拟,获得其变形量。通过研究,利用数值模拟分析的方法验证了空气预热器的变形量,对工程数据进行论证,提高了空气预热器的工作效率。     

柴油机缸内辐射换热的多维数值模拟研究

对柴油机来说,辐射换热极为重要,在缸内总传热量中占有非常大的比重,直接关系到发动机热效率及因传热引起的各种热负荷、热强度问题,同时,辐射换热对燃烧系统的研究也十分重要,辐射热流量会深刻影响内燃机的燃烧性能,对发动机的各种燃烧产物的形成产生至关重要的影响。为此,利用离散传递法实现柴油机缸内辐射换热的多维数值模拟,通过多维模拟计算同时考察燃烧室部件表面发射率及喷雾提前角对柴油机缸内辐射换热的影响。结果表明：活塞的辐射热流量峰值高于缸盖的辐射热流;缸盖的辐射热流量的最大值并不在中心位置处,而是随时间变化;随着壁面辐射率的增加,缸内向燃烧室部件辐射换热量逐渐增大;喷雾提前角直接影响所有燃烧室部件表面的辐射热流密度。     

波纹管内流动与换热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent,采用数值模拟方法究了幅值不同的两种波纹管传热状况,发现幅值为4mm的波纹管的传热状况优于幅值3mm波纹管的传热状况,这是由前者管内湍流强度高于后者所致.同时,回归了两波纹管的换热准则方程,为波纹管的校核计算及工程应用提供依据.     

换热管道污垢检测回波频率优选数值模拟与实验

在换热管污垢检测中,多物理场耦合作用下的实验还不具备开展条件,因此,建立准确的超声波传播模型,进行回波频率优选数值模拟具有重要意义。以有限元为基础,基于COMSOL Multiphysics建立了不同换热管特征下3D有限元模型,讨论了其传播特性与换热管特征和回波激励之间变化关系,求解出多层管道特征频率与回波振型。结果表明:不同换热管特征(管材和壁厚)与压力载荷之间具有相似交互关系,采用超声时域反射法检测管道污垢厚度,至少选取5 MHz回波激励,才可抑制伪吉布斯带来的振荡问题,最优检测频率为10 MHz,且壁厚在3 mm～5 mm时,检测效果达到最佳。数值模拟与实验结果一致,对管道沉积污垢的检测误差能控制在±5%以内,为不同管材特征频率选择提供了定量检测依据。