低熔点金属相变热沉热控性能优化研究

低熔点金属相变材料在高性能芯片热控领域有着重要的应用价值。文中以典型的低熔点金属相变材料铋铟锡共晶合金Bi_31.6In_48.8Sn_19.6（E-BiInSn,熔点为60.2 ℃）为例,基于完全熔化临界时刻的准稳态热阻模型,对均匀热流密度边界条件下低熔点金属相变热沉热控性能进行了分析和优化。针对热功率为50 W、持续时间为50 s的单次热脉冲情形,分析了翅片个数和翅片厚度等关键几何参数以及热沉结构材料和相变材料热导率等关键热物性参数对热沉性能的影响规律,得到了相应的优化参数推荐值和热控性能预测图表。相关研究成果可用于指导低熔点金属相变热控技术的开发和优化设计。     

表面活性剂湍流减阻研究进展

表面活性剂较高分子聚合物在流体管道输运中具有可逆机械降解特性的优点,更适用于存在高剪切的场合以及封闭的循环回路进行减阻,但存在对其复杂流变特性及减阻机理认识不完善的问题,使得其在减阻领域的应用受到了限制。本文回顾了作者近年来在表面活性剂溶液微观结构、复杂流变学特性、湍流结构以及其与减阻和传热性能之间的内在联系方面的研究进展;介绍了表面活性剂减阻和壁面微沟槽协同作用减阻的研究成果;指出通过拉伸流的方式能够在压损较小的情况下更有效地提高表面活性剂溶液的传热性能。针对表面活性剂现有研究的不足,本文提出4条建议作为表面活性剂的未来研究方向,分别为开发环境友好型高效表面活性减阻剂、强化换热装置的优化设计及优化布置、表面活性剂与其他减阻方式耦合特性的深入研究以及表面活性剂在尺度放大、防腐和减阻持久性方面的实际工业应用研究。     

表面活性剂溶液与壁面纵向微沟槽协同减阻研究

采用直接数值模拟方法对表面活性剂溶液在不同尺寸宽肋矩形微沟槽通道内的湍流流动进行了数值模拟研究。结果表明表面活性剂溶液的减阻性能在合适尺寸的微沟槽通道内能进一步得到强化,同时微沟槽的最优减阻尺寸在表面活性剂溶液中也可以得到放大;表面活性剂溶液在微沟槽通道内的协同减阻强化效果是由微沟槽的“约束作用”和“尖峰作用”这两个主要因素相互博弈的结果。微沟槽尖峰处具有较高的剪切应力,槽谷内部剪切应力很小。当微沟槽能有效防止近壁湍流涡侵入槽谷内部,且又能对部分流向涡的展向运动起到较好的约束作用时,微沟槽将表现出减阻强化性能,反之则会出现增阻性能。微沟槽在槽谷内诱导的数量多、尺寸小且旋转强度弱的二次流向涡是其在表面活性剂溶液中能增大“约束作用”和发挥减阻强化性能的本质因素。     

表面活性剂溶液与壁面纵向微沟槽协同减阻研究

采用直接数值模拟方法对表面活性剂溶液在不同尺寸宽肋矩形微沟槽通道内的湍流流动进行了数值模拟研究。结果表明表面活性剂溶液的减阻性能在合适尺寸的微沟槽通道内能进一步得到强化,同时微沟槽的最优减阻尺寸在表面活性剂溶液中也可以得到放大;表面活性剂溶液在微沟槽通道内的协同减阻强化效果是由微沟槽的"约束作用"和"尖峰作用"这两个主要因素相互博弈的结果。微沟槽尖峰处具有较高的剪切应力,槽谷内部剪切应力很小。当微沟槽能有效防止近壁湍流涡侵入槽谷内部,且又能对部分流向涡的展向运动起到较好的约束作用时,微沟槽将表现出减阻强化性能,反之则会出现增阻性能。微沟槽在槽谷内诱导的数量多、尺寸小且旋转强度弱的二次流向涡是其在表面活性剂溶液中能增大"约束作用"和发挥减阻强化性能的本质因素。