高热流微冷却器的换热性能研究

对以水为换热介质的微通道冷却器对模拟发热电子芯片进行冷却的换热性能进行了实验研究.通过测量流体的流量、进出口温度、发热片表面热流密度,获得了不同几何结构微通道冷却器在不同加热功率、不同Re数条件下的换热特性和冷却效果.结果表明,微通道冷却器可以有效地对表面热流密度高达5.34×105 W/m2的发热电子芯片进行冷却;微通道冷却器的换热性能随Re数的增大而提高,所提高的幅度随加热功率的增大而增大;微通道的几何结构对换热性能有显著影响,平均Nu数随微通道的宽深比增大而增大.     

宽通道换热板片结构的多目标头脑风暴优化设计

换热板片作为构成宽通道板式换热器的核心部件,对其换热效果具有直接影响.为有效提升换热器性能,减少能量损耗,提出一种宽通道换热板片结构的多目标头脑风暴优化设计方法.首先,根据换热板片的形状和布局特点,提取梯形凸台尺寸及其分布间隔构成结构参数,采用正交法,基于Fluent数值模拟软件获得25组换热板片结构样本;然后,采用回归构建换热努塞尔数和压力损失的代理模型,以最大换热效果和最小能量损耗作为优化目标,采用基于网格的多目标头脑风暴优化算法,寻优获得最佳换热板片的结构设计方案.统计实验结果表明,换热性能代理模型可以有效降低评价代价,所提出优化设计方法可以更加高效地获得具有最佳换热效果和能量损耗的换热板片结构.     

基于Fluent对空气幕防腐功能的研究

对于化工行业,由于高温烟气在流经换热设备时,温度不断下降,当达到某个温度时,气体中的酸性物质就会液化造成露点腐蚀。这种露点腐蚀会严重影响换热器的使用寿命。借鉴目前国外换热器领域的最新技术,针对化工行业中存在的露点腐蚀技术难题,在流道内增设了空气幕隔板,以在换热板边界层形成空气气墙的方式,达到提高换热板温度的作用,有效地防止露点腐蚀。通过对实际结构进行合理简化的基础上,在影响板式散热器腐蚀的主要部位建立了板式换热器温度场数值计算模型,利用CFD软件fluent对采用空气幕技术的板式换热器壁面温度进行数值模拟,得到了换热器流道的速度场、温度场数据,对比了传统的板式换热器与采用空气幕技术的板式散热器叉流单元与逆流单元的换热效果,研究结果表明空气幕技术可以有效地降低换热器入口处换热板的换热效率,提高换热板的板面温度,显著改善板式换热器的防腐性能。     

多股流板翅式换热器翅片通道中传热的计算流体力学模拟及定性尺寸

板翅式换热器结构紧凑,传热效率高,常用于多个冷热物流之间的换热,但是其通道数量众多,其内部流道中的流场和温度分布很难用实验方法来测定。采用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS,针对锯齿形翅片模拟了板翅式换热器进出口的温度场分布,根据热量平衡和热量传递速率方程,对多股流板翅式换热器的各通道的温度分布进行模拟,并分别计算出各个流股在各个通道的二次传热表面最大传热距离,即通道定性尺寸。分别对两流股和三流股的2个板翅式换热器进行通道温度场分布CFD模拟,从而计算得到板翅式换热器的定性尺寸。对于两流股一冷一热交替排列的通道,数值模拟的定性尺寸与简化的经验方法计算结果都为翅片的一半,而对于三流股八通道的定性尺寸,中间的第四通道和第六通道的翅片定性尺寸大于基于传统计算方法得到的定性尺寸,对应的翅片效率小于传统方法得到的结果。基于板翅式换热器传热机理对结果分析表明,数值模拟结果比文献经验计算方法的结果更合理,即为板翅式换热器的设计提供了准确的基础参数,原因是数值模拟结果考虑了相邻多个通道热流量和温度对通道传热的影响,改进了传统方法仅考虑相邻通道热流量和温度的影响。     

V型微通道热沉的加工与测试

基于MEMS技术的V型微通道冷却器具有低热阻、低流量,高效率以及体积小等特点,能够对激光二极管阵列和其他高功率密度器件进行快速、高效地散热,成为一种新型的散热方案.介绍了V型微通道热沉的加工工艺,并利用研制的V型微通道热沉样品,模拟热源加载,进行了测试热沉散热性能的试验.通过试验数据得到微通道热沉的面积热阻仅为0.0543 K·cm2/W.     

汽车尾气余热发电装置的圆筒式换热器仿真

采用圆筒式换热器结构,建立了用于温差发电的尾气通道模型,运用流体仿真软件ANSYS CFX对其与尾气的换热效果进行仿真,分析不同翅片厚度、高度及翅片个数对换热性能的影响。根据不同尾气速度下的模拟结果,确定了最佳翅片厚度、高度和翅片个数。计算结果表明,圆筒式换热器在减小尾气压降方面效果良好。     

基于微加速度计的虚拟呼啦圈

采用圆筒式换热器结构,建立了用于温差发电的尾气通道模型,运用流体仿真软件ANSYS CFX对其与尾气的换热效果进行仿真,分析不同翅片厚度、高度及翅片个数对换热性能的影响。根据不同尾气 速度下的模拟结果,确定了最佳翅片厚度、高度和翅片个数。计算结果表明,圆筒式换热器在减小尾气压降方面效果良好。     

镀碳纳米管铜岐片微通道冷却器散热性能实验研究

摘要：本文以空气为冷却介质,对镀碳纳米管铜岐片微通道冷却器进行了气冷散热性能实验研究。通过测量微冷却器出入口温度、底面温度与压降,研究了镀碳纳米管铜岐片微冷却器的散热性能。对镀碳纳米管的铜岐片和硅岐片微冷却器,通过实验比较得到,两种材料微冷却器的热阻在低热流密度时,温度变化梯度较大,随着热流密度的提高,热阻变化趋于稳定,并且镀碳纳米管的铜岐片微冷却器散热性优于硅岐片材料微冷却器。     

基于格子Boltzmann方法的换热器优化模拟

为优化换热器的结构设计,用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)结合多孔介质模型模拟换热器内的换热,研究雷诺数、普朗特数和热扩散率比的变化对温度场和换热性能的影响.模拟结果表明:在小雷诺数范围内,随着雷诺数的增加,努塞尔数先增加后减小,即存在一个使换热性能达到最好的雷诺数;随着普朗特数的增加,努塞尔数减小,换热性能降低;随着热扩散率比的增加,换热性能提高.分析不同管柱排列方式对换热性能的影响,结果表明:叉排的换热效果明显优于顺排,当横向节距等于2时,对于均匀顺排或叉排,努塞尔数均随纵向节距的增加而减小,这与实验结果相符;对于非均匀叉排,采用"前密"或"中间密"的排布方式有利于换热.     

人字形波纹板式换热器性能数值模拟的研究

基于简化模型的计算结果难以准确描述换热器内完整的流体流动和换热特性.为此,本文建立与人字形波纹板片完全相同的,含分配区和传热区冷热双流道换热的计算模型,用计算流体力学软件Fluent 6.3,数值模拟4组不同名义速度下流体的流动和换热情况.分析流道内速度场和温度场发现,进口分配区对流体流动分布和换热都有显著影响,还将流体在流道内的流动情况详细描述.两侧流体的压降和进出口温差的计算值与实验值的误差小于6%,较准确地反映了换热器内整体的流动和换热特性,可直接用于研究板式换热器的性能,具有一定的工程实际意义.     

A microchannel heat exchanger design for microelectronics cooling correlating the heat transfer rate in terms of Brinkman number

Microchannel heat exchangers are a well known device in the application of microelectronics cooling. In this paper, liquid microchannel heat exchangers were designed and investigated with varying channel width in order to find the maximum cooling efficiency when combined with pumping performance. A recently developed correlation of heat transfer rate in terms of Nusselt number and Brinkman number was adopted to predict cooling efficiency of the microchannel heat exchanger and was compared with the experimental results. Conventional heat transfer theories and numerical commercial code were also used to predict the cooling efficiency. The measured minimum thermal resistance of the microchannel heat exchanger showed a good agreement with the prediction from the new correlation, whereas calculation results from conventional theories and numerical code showed large divergence. It can be seen that the microchannel heat exchanger can be optimized when combined with pumping performance. In addition, the new correlation of heat transfer rate in terms of Brinkman number can be quite a useful tool in design of microchannel heat exchanger.     

Effect of wall roughness on performance of microchannel applied in microfluidic device

The influence of wall roughness on flow and heat transfer performance in microchannels at low Reynolds number is investigated in this paper. Two sizes of PMMA microchannels are fabricated by microinjection molding and the width is 20 μm and 800 μm respectively. The surface profile of bottom wall is described by the two-dimensional fractal geometry method and it is found there is error within 5% between surface roughness obtained by the fractal geometry method and actual roughness. Then, the effects of dimensionless relative roughness (5–7.5%), fractal dimension (1.5–1.8), aspect ratio (0.025–4) on the flow resistance and heat transfer performance are analyzed by numerical and experimental method respectively. Reynolds number considered here are 10–60. The results show that the better flow performance and heat transfer performance can be obtained with high aspect ratio of rectangular microchannel. However, increasing surface roughness not only increases the heat transfer performance, but also introduces a large flow resistance, which makes the friction coefficient rise sharply. As a result, surface roughness has great influence on the flow and heat transfer performance, and the most suitable surface morphology should be obtained according to the specific application.

     

V型微通道热沉的 流体流动与传热问题研究

V型微通道热沉具有体积小、流速小、散热效率高等优点,是将多个DL线阵组装为面阵并实现高性能冷却封装的良好解决方案.本文采用计算流体力学软件Fluent建立了V型微通道的数值模型,研究了其中的流体流动与传热问题.仿真结果表明,设计的V型微通道可满足激光二极管线阵的散热要求.仿真分析结果与V型微通道热沉样品的模拟热源加载实验测试数据对比,吻合较好,证明了数值仿真的有效性.     

MPTL板翅式换热器性能的数值分析

研究机械泵驱动的两相冷却回路(MPTL)换热器传热效能优化问题,由于换热器的应用环境极为复杂,目前的实验数据极度匮乏,而且结构特殊,现有的标准叉流板式换热器的设计方法并不适用。为了提出可行的设计优化方法,针对某典型MPTL板翅式换热器,建立一种简化的三维物理数学模型,采用有限体积法及流固耦合方法深入研究该换热器在典型结构及设计工况下的流场特性,随后研究其在不同翅高及进口雷诺数时的换热性能变化规律。数值仿真结果表明,换热器换热效率较高,压力损失较小,且随着翅高的降低、进口雷诺数的增加,换热性能逐渐提高。结果证明,可为换热器的进一步设计与优化提供有益的参考。     

新型污垢热阻在线监测仪的研制

为了实现对循环水结垢情况的监测,介绍了一种用于监测换热器的新型污垢热阻在线监测仪的设计方案.该监测仪采用高集成度微控制器和设计优良的电路,实现了对多路测量信号的采集处理以及污垢热阻的计算.同时,还可通过控制信号的输出实现对监测换热器系统中水流量及蒸汽温度的改进型数字PID控制.测试表明,该监测仪性能优良,并且对循环水结垢的在线监测起到了很好的效果.     

降膜蒸发过程的数值模拟和传热传质分析

利用CFD软件对逆流降膜蒸发过程进行了实验模拟研究,研究了速度边界层、热边界层和浓度边界层的变化对降膜蒸发传热传质特性的影响规律;通过建立一维逆流降膜蒸发的数学方程编程求解出了对流传热传质的Nu数和Sh数,利用Fluent软件模拟出的实验结果采用回归分析得出了气液流量比Raw、流道的长宽比αL、空气进口无量纲温度θai以及空气进口Re数与Nu数、Sh数之间的无量纲关系式,可为降膜蒸发换热器的设计提供参考。