具有微小针肋阵列靶板表面冲击传热性能研究

本文对具有微小针肋阵列的粗糙靶板表面冲击传热性能进行了稳态实验和数值模拟研究,并与平板冲击传热进行了比较分析。射流雷诺数范围是15000～30000,冲击间距比分别为1.5、3和5。通过稳态实验获得了总体平均冲击传热性能和压力损失,数值计算采用k-ωSST湍流模型分析了冲击传热系统中的流场和传热特性。结果表明:微小针肋结构明显提高了冲击冷却系统总换热量,而压力损失增幅很小;相比于平板冲击传热,冲击间距比为1.5的微小针肋靶板冲击传热量提升幅度最大。数值计算还发现,微小针肋阵列弱化了端壁传热,冲击间距比为1.5、3和5时,微小针肋靶板端壁努塞尔数分别为平板的56.3%、53.0%和46.8%。     

冲击/发散冷却气膜冷却效率的实验研究

采用红外热像仪对冲击/发散冷却发散壁绝热壁温进行了测试,研究了气膜冷却效率随吹风比、孔间距、冲击间距、发散孔角度及排列方式的变化规律.研究结果表明,气膜冷却效率随发散孔角度的不同而差异较大;35°发散孔的冷却效率随吹风比的增大而减小,90°发散孔的冷却效率随吹风比的变化因孔阵布置方式的不同而有所差异;冲击间距对90°发散孔的冷却效率影响微弱,对35°发散孔的冷却效率影响较大;吹风比相同,孔间距越小冷却效率越高.     

模拟透平叶片冲击冷却的实验研究

本文用六种冲击管对两种尺寸的铝质试验件进行冲击冷却实验.模拟叶片前缘的试验件预先加热,然后由不同的冲击管喷出的射流在不同的流量和距离下对它进行冲击冷却.采用集总热容法来确定铝块的冷却率从而算出冲击平均换热系数,并整理成准则形式.用该式计算出来的NI,数同本文实验测得的Nu数进行了比较,取得比较满意的结果.最后用该式与美国亚利桑那州大学的梅茨格公式和辛辛那提大学的拉维利-塔巴戈夫公式并同本文实验数据进行了比较,认为本文公式是比较合理的.     

涡轮叶片冷却通道高性能微小肋湍流传热的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道的换热性能,针对分别带有直肋、斜肋、V肋和W肋这四种微小结构肋的冷却通道进行了数值计算并。通道宽高比为6,肋间距与肋高比为10,肋高与水力直径比为0.029。采用低雷诺数AKN k-ε模型研究了雷诺数范围从36700到60000时四种带肋通道的换热与流动特性并与实验结果相比较,发现通道换热性能和压力损失与稳态实验结果较一致。研究表明,W肋换热性能最优,其平均努塞尔数是流动充分发展的光滑通道的2.2到2.4倍,摩擦因子是光滑通道的3.7～4.0倍。其次是V肋、直肋,斜肋最低。分析流场发现直肋下游回流区最大,壁面努塞尔数在横向上较均匀,而斜肋、V肋和W肋因为二次流的存在回流区较小,壁面努塞尔数沿着肋展方向降低。     

二极管激光器阵列微通道冷却实验研究

针对某二极管激光器阵列现有冷却器的实际问题,设计并制作了一种铜基液冷微通道冷却器.采用细密的短微通道来代替原来较宽的长通道,大幅度提高了有限空间内的对流换热面积,并可充分利用入口效应来增强换热,从而在保持较低流动阻力、较高流体流量和较低流体温升的前提下,显著提高了冷却器整体冷却能力,并改善了冷却器与热源器件界面上的温度分布均匀性.在本实验最大流量G=70 mL/s情况下,微通道部分的压降只有10.3 kPa;当冷却器与热源器件界面上的平均温升为25.7 K时,冷却器的散热能力可达730 W,相当于128.5 W/cm2的界面热流密度.实验结果还验证了Shah和London提出的表观阻力系数关联式、用于预测平均努谢尔数的Sieder-Tate关联式以及Shah&London关联式.     

多排圆射流的冲击冷却实验研究

本文研究多排圆射流的冲击换热特性,以便模拟透平叶型前缘的冲击冷却,它是在单排圆射流研究的基础上进行的。文中分析了射流流态、冲击管的几何参数以及冲击管与凹面的间距等对平均换热系数的影响,特别对射流之间的弦向间距作了初步探讨。最后,整理成无因次准则关系式来表达整个实验结果。     

纳米流体射流冲击冷却技术的实验研究

将高传热性能的Cu-水纳米流体作为换热工质引入射流冲击冷却技术,设计并搭建了射流冲击冷却系统,测试了该系统的换热性能和系统压降,研究了纳米粒子体积份额、入口射流速度以及射流冲击高度对系统换热性能的影响。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子、增加射流速度、选取合适的射流冲击高度可以有效提高射流冲击冷却效果,且少量纳米粒子的加入并未引起系统压降的明显变化。     

脉冲流冲击冷却换热的液晶显示实验研究

采用热色液晶定量测温技术对稳态及脉冲式空气-氮气圆形浸没射流冲击冷却换热进行了实验研究.脉冲射流的实验结果表明,对于喷嘴直径D=3 mm的情形,无论脉冲频率高低,均无强化换热效果;对于D=I0 mm的情形,在较高Re数时出现个别工况的驻点换热强化.脉冲射流表现出换热系数沿径向分布趋于均匀的特点.     

梯形带肋内部冷却通道的流动及传热特性

本文将燃气轮机内部冷却通道简化为梯形截面带肋U型通道,采用瞬态热敏液晶技术获得不同雷诺数下通道表面的努塞尔数分布并与RANS和DES数值模拟对比。结果表明,斜置肋片引起的二次流沿程发展导致通道进出口段传热沿程发展,通道截面变化也对传热分布影响较大。DES方法比RANS方法更好地捕捉到了梯形带肋U型通道中的传热分布规律。     

光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究

本文通过改变喷雾的流量(压力)、喷射高度和喷射倾斜角对平板和切槽表面喷雾冷却进行了实验研究。实验用的强化表面是将表面切割出0.2mm高、0.2 mm宽的方形翅块。实验结果表明:流量、喷射高度均存在最优值,大的喷射倾角会削弱冷却性能;对比同样条件下的平板表面,切槽表面显著强化了喷雾冷却的性能,对流换热系数提高约30%。     

射流冲击泡沫金属强化电子器件冷却的实验研究

实验研究射流冲击泡沫金属的强化传热在电子器件冷却中的作用,分析热流密度、传热面与喷射气流温度差、喷射速度和喷嘴距泡沫金属上表面的高度等因素对传热特性的影响。在泡沫金属材质为铜,孔隙率为0.96,喷嘴宽度为0.5cm的情况下,喷嘴距泡沫金属上表面高度越低和喷射速度越大,泡沫金属的传热效果越明显,冷却效果越显著,并对实验数据,进行最小二乘法拟合,得到相应的拟合方程式。该文的分析结果,可为射流冲击泡沫金属强化传热技术的应用提供一定指导和借鉴。     

带肋通道和气膜冷却交互下的绝热和耦合传热研究

燃气轮机透平叶片冷却中,内部肋片扰流对气膜冷却效果有显著影响,当边界条件为金属壁面绝热和金属壁面耦合时,冷却效率会有不同的表现。本文采用数值计算方法,分别计算绝热边界和耦合边界条件下,气膜孔进口与内部冷却扰流肋片不同相对位置条件下的绝热气膜冷却效率和耦合条件下的整体冷却效率进行计算。结果表明当气膜进口位于肋后扰流区时,绝热气膜冷却效率较差。绝热边界和耦合边界条件下流场相似,气膜孔与肋片相对位置对于气膜孔下游整体冷却效率的影响与绝热条件相似。     

针肋表面分布式射流沸腾汽泡动力学特性

本文建立了两相泵流体回路,设计了可视化分布式射流沸腾实验测试段,研究了针肋表面上不同热流密度下的汽泡动力学特性。结果表明:汽泡率先在回流孔正下方区域产生,随着热流密度的提高向射流孔下方扩展,在核态沸腾中后期,会出现沸腾不稳定,并且伴随进出口压力的大幅波动,但当进一步提高热流密度后,沸腾重新回归到稳定状态。     

带冲击射流的柱肋结构通道热沉的数值模拟研究

针对微通道冷却和冲击射流冷却方式的不足,设计了一种新的带冲击射流的柱肋结构的通道热沉,通过数值模拟的方式研究其流动特性和换热性能,模拟工况为加热热流密度为400W/cm~2,进口总压从3.5～12.5 kPa,出口静压为500 Pa,工质为水,热沉的材料为铜,进口温度为300 K。模拟计算结果表明,该结构具有较高的换热效果和良好的表面温度均匀性,在进口总压为3.5 kPa时,表面的最高温度不超过380 K,加热面最高温度和最低温度的差值约为12 K;而当进口总压为12.5 kPa时,最高温度和温差值分别为368 K和约5 K。在进口总压为3.5～12.5 kPa,所研究结构的热沉的流量为3.03～6.32 g/s。     

黏性液滴冲击粉床表面的实验研究

本论文采用实验和理论相结合的方法研究了不同黏度液滴冲击粉床的动力学。研究中采用无量纲参数Oh,We,Re和根据衬底形变获得的修正系数We^*、Re^*来分析液滴的冲击现象。在以往的研究中,不同种类的液滴冲击不同的粉床会得出不同的关于最大铺展系数的比例关系;本文则考虑液滴冲击粉床表面时基底的变形对液滴铺展的影响,采用修正的无量纲参数,并分别获取了描述液滴冲击粉床的关于铺展时间和最大铺展系数的通用公式。     

盘管表面喷雾冷却传热传质特性实验研究

针对盘管表面喷雾冷却,通过实验方法研究迎面风速、喷嘴进水流量及辅助空气压力对系统传热传质的影响。研究表明,随着迎面风速的增加,系统的传热传质系数逐渐增大,当风速达到1.5 m/s时,部分液滴未能与盘管进行换热就被排出系统,使有效液滴数量降低,传质系数增长速度减慢;随着喷嘴进口水流量的增加,系统的传热传质系数增加,但流量过大会在盘管表明生成较厚液膜形成热阻,使传热传质能力下降;随着辅助空气压力的增大,系统传热传质系数增大,但进水流量一定时,压力过大会使得喷雾流量下降,传热传质增长速率下降。     

横肋变截面U通道内换热特性的实验研究

本实验选取航空发动机涡轮叶片中段内部冷却通道为研究对象,对不同肋间距的横肋变截面U型通道的换热特性进行了研究。实验模型中,矩形肋对称布置在上下两个表面,肋高为1.5 mm,肋宽为2 mm,肋与流体流向夹角为90°。实验结果表明,当节距比为10时,通道的平均换热效果最佳,节距比为16.6时,通道的平均换热效果次之,节距比为13.3和20时,通道的平均换热效果相当,且较差。     

铜基镍纳米锥表面喷雾冷却的实验研究

本文实验研究了镜面抛光铜表面和两组不同高度镍纳米锥表面的喷雾冷却换热特性。接触角的实验与分析发现,纳米锥表面的接触角远小于抛光铜表面,且纳米锥高度越高,接触角越小。三组表面在喷雾冷却单相换热区换热性能相近,抛光铜表面换热性能略优。纳米锥表面在喷雾冷却两相换热区展现出更强的换热性能,且纳米锥高度越高,接触角越小,换热性能越好,CHF越高。     

冲击射流结构中应用粗糙表面的实验研究

在单侧开口的冲击射流冷却结构中,逐步增加的横流将影响冲击板上的对流换热效率,本文提出了压窝板和肋片板两种粗糙冲击板构型,增加横流的扰动以减少对冲击流的影响并且增大横流与壁面的对流换热。实验采用瞬态热敏液晶测量方法,可以得到大尺度壁面的二维对流换热系数分布,可以较为系统地分析压窝及肋片周围的局部换热系数分布。通过实验研究,发现压窝板可以显著增大平均换热系数,而肋片板降低了平均换热系数。