层次脉状结构液冷均温板优化设计研究

由于耐热型植物具有良好的传热传质能力,结合流道拓扑优化设计和耐热型植物高级脉序的叶脉结构特征,提出一种层次脉状结构液冷均温板的设计方法。以热交换最大和流阻最小为目标开展主流道拓扑优化设计,提取胡杨叶高级脉序的结构特征,形成液冷均温板的次流道。定义结构像素密度作为描述次流道中孔的密度参数,分析其对层次脉状结构液冷均温板的传热传质性能的影响。研究结果表明,层次脉状结构的液冷流道具有较小的流阻和良好的均温性,同时主、次流道尺寸存在最优匹配。进一步研究胡杨叶脉的分布规律,发现液冷板主、次流道尺寸最优匹配规律与胡杨叶低、高级脉序尺寸匹配规律相近。研究结果不仅为液冷均温板的设计提供新思路,而且验证了耐热植物叶脉结构特征对其传热传质性能产生的正面影响。最后加工液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

传热结构自适应拓扑优化准则法研究

合理的散热通道分布是提高小空间大热流密度传热结构散热性能最有效的手段。针对现有传热结构拓扑优化设计结果形态过于复杂,存在棋盘格、灰度单元等数值不稳定现象,提出一种基于基结构的散热通道分布的自适应拓扑优化方法。研究了适用于传热结构拓扑优化问题的基结构构建技术,建立满足库恩-塔克（Kuhn-Tucker,KKT）最优准则条件的迭代公式;以散热弱度最小为优化目标,以杆单元截面积为设计变量,对典型的二维和三维设计问题进行散热通道分布设计,并将设计结果与COMSOL软件优化结果进行对比。研究结果表明,提出的传热结构自适应拓扑优化方法产生的散热通道形态简单清晰,能满足散热性能,且优化过程收敛速度快,克服了现有优化方法产生的数值不稳定问题。     

基于自适应成长法的周期性加筋结构拓扑优化设计方法

将自适应成长法应用到周期性加筋结构的拓扑优化设计中,以结构的应变能最小为目标,以加强筋截面积为设计变量,并构建拓扑优化设计模型。为保证优化结构可得到周期性最优拓扑形式,在优化数学模型中加入了周期性约束,并引入敏度过滤函数解决数值不稳定等问题。典型工程结构设计案例表明,提出的方法在周期性加筋结构设计中可得到形态清晰的筋条布局,且设计效率高、适用性广。同时利用所提方法模拟荷叶叶脉生长,获得了与自然界荷叶叶脉相似的布局形态,表明自然界荷叶叶脉分布能使荷叶在承受雨雪等自然载荷作用下的整体刚度最大。     

锥形毛细芯平板热管传热特性研究

随着机械电子设备的不断发展,热管理问题面临越来越严重的挑战,为解决此问题,根据仿生学原理,以天鹅绒竹芋表面微观凸起结构为设计依据,以纳米尺度铜粉为材料烧结制备锥形毛细芯,构造新型平板热管,并以去离子水为工质对其热性能进行研究。研究加热功率、平板热管放置角度及毛细芯氧化与未氧化等因素对平板热管传热特性的影响。结果表明,由于锥形毛细芯多尺度孔隙结构的存在,不仅实现蒸汽从大尺度孔隙逸出,液体从小孔隙吸入,而且缩短了液体流动路径,减小了流动阻力,同时扩大了换热面积,因此大大提高了平板热管的传热性能。锥形毛细芯平板热管具有较好的传热性能及抗重力特性。毛细芯经氧化处理后可显著减小平板热管的换热热阻,提高平板热管的传热性能,在热流密度为107.1 W/cm2时,其总热阻最小值为0.079 K/W。     

夹套对流传热分析设计

建立了整体夹套结构的计算流体力学、计算传热学和有限元分析模型 ,利用SIMPLE算法和有限单元法分别进行了流体 /结构耦合传热、应力计算和详细的传热分析设计 ,为类似工程复杂结构的分析设计提供了一种先进可靠的手段     

微型换热器瞬态传热分析

以用于芯片冷却的微型换热器为研究对象,建立三维仿真模型,分析其在热负荷按指数型和周期型变化情况下的瞬态传热.根据获得的换热器温度场、温度梯度和热应力分布,比较了纯铜和氮化硅复合物两种材质对换热器的散热性能,结果表明:铜优良的导热性能使得铜换热器在稳态工况下散热性能优于复合材质换热器,但瞬态分析显示,氮氧化硅复合物在结构...     

LRM 增强传热结构研究

采用LRM架构的电子设备具有良好的升级换代和扩展能力,通过更换新一代板卡即可提高设备工作能力。但处理板卡的发展日新月异,发热量飞速增加,现有LRM安装架的散热能力有限,使得新板卡的使用选择受到较大限制。文中介绍了一种LRM增强传热结构,该结构在不影响维修性的前提下,使模块与安装架的接触热阻有效降低40％以上,为提高LRM散热能力提供了一条途径。     

基于耦合传热的圆锥液体静压轴承热态性能分析

针对圆锥液体静压轴承的发热问题,利用CFX软件建立了轴承系统耦合传热模型。首先分析了网格数量对计算精度的影响,然后求解获得了轴承的温度场分布和热量传递情况,最后分析了不同参数对轴承热态性能的影响规律。结果表明,采用CFX软件计算圆锥液体静压轴承耦合传热问题是可行的,与绝热假设下的计算方法相比,耦合传热有效地反映了真实的传热情况;圆锥液体静压轴承的端泄散热占总散热量的大部分,轴颈散热能力最弱,在不同的转速和进油压力下,各个方向上的散热比率发生变化。     

传热结构摄动敏度分析及动态拓扑优化

针对传热强化拓扑优化过程中新形成的孔洞边界对拓扑优化影响的问题,研究了考虑孔洞影响的拓扑导数分析技术,并提出了优化过程中对新形成孔洞边界进行处理的自适应动态边界处理方法。应用Lebesgue微分理论,基于域摄动敏度分析和局部极限定律,推导了Poisson方程控制系统在三类边界条件下不同目标函数的拓扑导数计算公式;最后通过数值分析实例验证了采用该方法直接设计高效换热器的可行性和有效性。     

基于瞬态传热的含裂缝环形锻件传热模型

针对目前热态锻件存在的裂缝问题,提出了一种基于传热理论的含裂缝锻件传热模型。首先,基于微元体的传热特性,推导满足微元体热平衡关系的导热微分方程,并以瞬时热流量为中介变量,对传热系数、热导率进行了修正。其次,设定环形锻件内外环境边界条件、裂缝有限空间自然对流边界条件,进而建立了多边界条件下含裂缝的热态环形锻件传热模型,利用分离变量法求解该传热模型。最后,应用有限元软件对含不同尺寸裂缝的环形锻件传热模型进行模拟,通过试验验证了仿真分析及传热模型的可行性。     

传动装置密封环传热性能的建模研究

根据传动装置密封环的工作特点,确定密封环传热规律。以密封环、油膜和密封介质组成的传热系统为计算模型,以摩擦热为热源,研究密封环的传热特性,得到密封环导热计算的热边界条件及其计算方法,推导密封环温度分布的计算公式,通过解析建模与求解计算得到密封环的温度分布规律,研究诸因素对密封环传热性能的影响。结果表明,工作压力和转速的增加,密封环温度都呈线性增长,而内外径的温度增量却不相同。