自然循环回路内芯片的强化沸腾换热研究

针对电子器件的高效冷却问题,对自然循环回路系统内表面加工有方柱形微结构的硅片上FC-72的强化沸腾换热性能进行了实验研究.测试了两个芯片,其表面上的方柱形微结构的边长均为30μm,但高度分别为60 μm和200 μm.沸腾介质的过冷度设为10 K、25 K和35 K.随着壁面过热度的增加,微结构表面芯片上的热流密度急剧增加且临界热流密度时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的临界上限温度85℃,这与其在池沸腾换热中的特点一样.但临界热流密度值与池沸腾情况相比有所降低.     

掠过双板流动引起的旋涡脱落特性数值模拟

板状燃料组件在先进核反应堆中得到重要应用.流体以一定的流速轴掠板状组件时会导致板后产生旋涡脱落现象.旋涡脱落有可能引发板状燃料组件的流致振动.使用BELIEF程序,通过改变方柱间距模拟了Re=200情况下刚性矩形通道内不同节距条件下双平行方柱的旋涡脱落现象,得出了双柱间节距对双平行方柱旋涡脱落特性的影响,并进一步对双平...     

Characteristics of Flow around an Impulsively Rotating Square Cylinder via LB-DF/FD Method

Flow around an impulsively rotating square cylinder in a viscous fluid in range of 1 ≤ Re ≤ 300 is numerically investigated by the previously developed LB-DF/FD method, which combines the lattilce Boltzmann method （LBM） and direct-forcing fictitious domain （DF/FD） scheme. Results show that in total three kinds of transient characteristics depending on Re are observed： 1 ≤ Re ≤ 20, four vortices arising from the corners of the square cylinder separate from the surfaces and gradually become stable without vortex integration or shedding; 20 ≤ Re 〈 100, vortices integration is observed when they grow long enough, then separated from each other; Re ≥ 100, vortex shedding takes place in this regime. The shedding vortex joins the downstream vortex to form a new one. It is also found that vortex shedding happens more than one time when Re ≥ 160. Furthermore, each vortex shedding induces a fluctuation in the torque exerted on the cylinder.     

上转换激光基质晶体BaY2F8的结晶习性

由BaY2F8晶体的结构特点和粉晶X射线衍射（XRD）数据,分析了该晶体的结晶习性。晶体结构中的强键为Y-F2-Y键,该键沿[001]方向伸展成链状,是晶体的优势生长方向。晶体的平衡稳定形态由斜方柱{130},{021}组成,晶体呈沿[001]方向发育的轴状习性。温度梯度法生长所得晶体的切片分析,证实了以上结论。BaY2F8晶体系采用提拉法等强制方法获得。     

Reynolds数22 000的孤立方柱绕流的大涡模拟

方柱绕流是典型的钝体绕流问题,蕴含了丰富的流体力学现象,对这类流动的准确预测面临着诸多挑战.采用自主发展的大涡模拟程序,对来流Mach数M=0.3,Reynolds数Re_D=22 000的绕孤立方柱流动进行了细致模拟,亚格子模型使用动力涡黏模型.对计算结果的分析表明,大涡模拟所得的平均流场及Reynolds应力分布与已有实验数据和直接数值模拟结果均吻合较好,验证了预测结果的可靠性;在此基础上对瞬态流场进行了研究,展示了计算条件下方柱绕流分离转捩及尾迹区旋涡交替脱落形成Karman涡街的全过程,为更细致的流动机理探索奠定了基础.      

脉动流方柱绕流特性研究

本文数值模拟雷诺数Re=100的条件下,脉动流振幅和频率分别为0.2≤A≤0.8和0≤f_P≤20 Hz时方柱绕流特性.通过数值计算得到方柱绕流的升、阻力系数,涡脱频率及尾涡特性,且稳定流下计算结果与文献结果一致。研究结果表明脉动流是一种有效的主动流动控制方法;在脉动流频率f_P为1.2~2.6自然涡脱频率f_(sn)时,旋涡脱落频率存在"锁定"现象;在锁定范围内,尾涡形成区域变短,时均阻力系数显著增大,且在脉动流频率等于两倍频率时,时均阻力系数达到峰值;随着振幅的增大,频率"锁定"范围增大。     

并列双方柱绕流的Lattice Boltzmann模拟分析

采用Lattice Boltzmann方法对并列双方柱绕流问题进行数值模拟.对方柱间距比s/D=0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.5共11种情况下的流场分别进行计算,给出了对应的流线图、方柱的升力图及阻力图,同时计算了方柱各边中点的压力,给出了压力与间距比的变化曲线,并对各个流线图、升力图、阻力图及压力图进行了分析讨论.结果表明:当s/D≤1.5时,流动呈偏流型,形成周期漩涡;当s/D＞1.5时,流动呈对称型,形成对称漩涡;s/D=1.5为流动从偏流型向对称型转换的临界间距比.该结果对工程中建筑物位置的安排及其安全系数的提高有一定的参考价值.     

方柱绕流大涡模拟

采用有限体/有限元混合格式、非结构网格和大涡模拟方法求解可压缩的N-S方程,对Re=22 000的方柱绕流进行数值模拟,并对不同的边界条件进行详细的分析比较.通过对以往研究经验的总结和利用精细的边界条件,使得采用二阶精度的数值格式和较稀疏的网格仍然得到了令人满意的计算结果,甚至优于以往采用密网格的模拟结果.     

方柱-弹性分隔板涡致振动数值研究

本文开发了基于有限体积法的流固强耦合大变形求解器,流体采用ALE动网格技术,固体采用修正拉格朗日模型进行求解。研究100≤Re≤1000范围内,方柱-弹性分隔板的涡致振动特性及其尾流脱涡特性。结果表明:弹性分隔板阻断尾流区剪切层的相互作用,使钝体阻力减小,旋涡脱落至下游;随着雷诺数的增加,方柱和分隔板的升力系数与振幅逐渐增大;弹性分隔板的斯特努哈尔数明显较小,能够更好地抑制尾流区剪切层间的相互作用.     

方柱微结构表面射流-流动沸腾强化换热

采用长×宽×厚为10 mm×10 mm×0.5 mm的硅片来模拟实际芯片散热,通过干腐蚀技术在其表面加工出宽×高分别为50μm×60μm,50μm×120μm的方柱微结构,实验研究了方柱微结构在射流冲击下的流动沸腾换热性能。过冷度为25℃和35℃,横流速度V_c为0.5,1.0,1.5 m/s,喷射速度V_j为0～2 m/s,冷却工质为FC-72。实验结果和同工况下的光滑表面作了对比。结果表明,方柱微结构由于换热面积的增加从而表现出优于光滑表面的强化换热性能,增加过冷度和提高V_c以及V_j都提高了芯片在高热流密度下的换热性能,但随着V_c的增加,射流冲击的强化作用减弱,低流动高喷射的强化效果最为明显。方柱肋片效率随着热流密度的增加而减小,随着V_c(V_j)增加,方柱肋片效率也逐渐下降,但降幅随着V_c的增加而减小。