周期射流冲击下导流板流动换热特性数值研究

本文对被动隔热导流板在周期射流冲击环境下的流场特性及热响应特性进行三维数值研究,分析了射流喷管与导流板间距、导流板水平倾角及轴向倾角三个参数的影响规律。研究结果表明射流空气冲击到导流板后90%的气流被向上侧及前后两侧偏导,导流板的水平倾角越大则气流向上侧偏导能力越弱,轴向倾角的存在可实现对气流前后侧导流流量的分配。导流板耐热层温度在进入第四个射流周期后呈现稳定周期波动,射流冲击距离越小、导流板水平倾角越大则其板面温度水平越高。     

V形槽硅微通道冷却器研制

报道了V形槽硅微通道冷却器的结构和主要制作工艺,研制了冷却器样品.性能测试结果表明冷却器在供水压力为2×105Pa时,封装面热阻尼系数为 0.051 ℃·cm2/W,能够用于封装峰值功率密度达到1 kW/cm2、工作占空比大于10%的激光二极管面阵.其冷却能力与数值模拟结果较吻合,尚存在流量较小的问题,原因可能在于导流槽内存在较大的水头损失,同时与导流槽的结构有关.     

基于柔性通道的圆柱型锂电池热管理实验研究

本文建立了一种基于柔性金属微通道内流动沸腾换热的圆柱型锂离子电池热管理系统。柔性铝微通道结构能够与圆柱型电池很好的接触,并且槽道内工质流动与相变换热可以有效地带走电池放电过程中产生的热量。实验研究了柔性铝槽道板与圆柱型电池表面接触面积和槽道内工质质量流量对电池热性能和电化学性能的影响,并与无冷却结构的电池放电实验结果进行了比较。柔性铝槽道板工质入口质量流量为5.98 kg/h时,电池表面温度和表面温度差最小,电池的输出电压和容量最佳。此外,在考虑热性能、宏观电化学特性、入口质量流量和冷却性能的基础上对实验进行了优化设计。     

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用JAEA水冷包层(WCSB)模块侧壁的流量分配实验验证了SST湍流模型,建立了水冷包层模块第一壁的数值分析模型,研究了第一壁各冷却管中的流量分配情况。分析结果发现,第一壁模型入口集管中存在复杂的流动行为,冷却剂可以明显的区分为主流和逆流两大部分,其中主流进入冷却管的位置是影响流量分配的主要因素,逆流区形成了一系列次级涡流和沿管壁的环向流动。分析结果表明,在第一壁模型中,在所以条件下,各冷却剂通道中存在流量分配不均匀现象,流速最大值与最小值偏差均小于2%。     

过冷度对微通道蒸发器传热特性的影响

基于微通道蒸发器的强化传热,通过实验控制蒸发器入口处制冷剂的温度,分析过冷度对微通道蒸发器的壁面温度、制冷量、传热系数及压降的影响。研究表明：随着过冷度的增大,微通道蒸发器的壁面温度分布的均匀性在过冷度4.5℃后明显变差;流量分配均匀性提升;综合传热性能提高。     

水冷包层模块局部模型流量分配数值模拟

用JAEA 水冷包层(WCSB)模块侧壁的流量分配实验验证了SST 湍流模型,建立了水冷包层模块第一壁的数值分析模型,研究了第一壁各冷却管中的流量分配情况。分析结果发现,第一壁模型入口集管中存在复杂的流动行为,冷却剂可以明显的区分为主流和逆流两大部分,其中主流进入冷却管的位置是影响流量分配的主要因素,逆流区形成了一系列次级涡流和沿管壁的环向流动。分析结果表明,在第一壁模型中,在所以条件下,各冷却剂通道中存在流量分配不均匀现象,流速最大值与最小值偏差均小于2%。     

大功率光导开关硅微通道散热器设计与测试

 因焦耳加热导致光导开关芯片温度升高并形成局部热点,影响了光导开关功率容量、重复频率和寿命的提高,因此需对光导开关进行主动冷却。设计了一种矩形微槽硅微通道散热器,其由散热器本体和盖板两部分组成,散热器本体上设有分流槽、矩形微槽阵列、汇流槽,盖板通过半导体刻蚀工艺形成通孔,两部分通过硅-硅键合工艺连接以形成闭合通道。以水为工质,实验测试了不同冷却工质流量、进口温度时微通道散热器的换热性能、温度均匀性和流体阻力,证明该微通道散热器在适中的冷却工质流量下具有较高的换热性能、较低的流体阻力和较好的温度均匀性,满足重复频率大功率光导开关的散热冷却需求。     

微通道散热器新型通道设计及性能分析

微电子设备的发热问题严重影响着其可靠性,散热器的热设计已成为微电子设备结构设计中不可忽略的一个重要环节。微通道散热是近年来发展起来的一种新型散热措施。设计了多种新型的微通道散热器结构,并利用数值方法研究了新型微通道结构散热性能及微通道内流体的流场分布情况。研究结果表明,新型微通道散热器增大了换热比表面积,具有较好的散热效率。菱形肋微通道(导流角度120°)的散热效率改善的尤为明显。各新型微通道靠近壁面的死区较少,流体与通道的接触面积也更多,因而换热效果较好。尤其是菱形肋微通道(导流角度30°)内的流场分布更为均匀。     

U型并联多通道中流量分配特性

高增益包层并联多通道流量分配特性直接影响其传热效率,在初始设计中,缺少简洁有效的设计方法。采用Fluent程序对U型布置并联多通道的流量分配特性进行数值模拟,通过敏感性分析,确定了影响流量分配特性的支管长度、支管横截面积、支管个数以及总管横截面积等重要参数,提出了预估流量分配特性的方法。分析表明,无量纲参数Kfd越低,流量分配越均匀；当Kfd低于0.03时,流量丧失比低于5%。     

微通道平行流换热器流量分配均匀性研究

微通道平行流换热器以其造价低、重量轻、结构紧凑、换热效果好等诸多优点,在化学工程、石油、制冷等领域均有广阔的应用前景,但是制冷剂流量分配不均匀等问题严重影响了平行流换热器的性能。通过在平行流换热器的基础上设计了一种新的分流板结构,以水为模拟工质,运用数值模拟比较增加分流板前后的各管道流量和总流量分布不均匀度。结果表明:增加分流板以后,各通道流量分布的均匀性能提高4%-20%,速度越大改善越明显,改善后其总流量分配不均匀度比改善前降低了36%～78%。     

印刷电路板通道的高温传热和阻力特性研究

印刷电路板换热器是超高温气冷堆等高温能量利用与回收领域中极具潜力的备选强化传热技术之一,本文通过数值模拟方法对典型Z字形印刷电路板(PCHE)传热通道的传热和阻力特性开展了相关研究。计算结果表明:层流模型可以较好地获得Z字形PCHE通道的阻力和传热性能,Z字形PCHE通道的阻力系数大于半圆管直通道的阻力系数;当热侧和冷侧通道流体入口温度均不发生改变时,增加两侧流体的质量流量,通道内的阻力系数随之减小,传热效率也稍微减小;当两侧流量及冷侧入口温度均不发生改变时,提高热侧通道入口温度,通道内阻力系数成线性增大,传热效率也随之提高。     

流量分配对逆流微通道内流动沸腾影响的研究

微通道内的沸腾两相流动是解决高热流密度下微电子设备散热最有潜力的手段之一。本文基于逆流式微通道热沉设计,实验研究了不同流量调配下逆流式微通道内的流动沸腾特性。讨论了流量分配对微通道内流动沸腾过程中传热特性、压降分布和壁面温度演化规律的影响。实验结果表明：当逆流式通道两侧的质量流量相同时,壁面呈现较好的温度均匀性,且两侧流动压降基本保持一致。两侧流量相差越大,其对应最大两相压降偏差越大。逆流式微通道的壁面温度分布和局部热点的位置可以通过改变两侧质量流量的大小实现有效控制。同时,微通道内流体的演化周期同样可以根据两侧质量流量的高低实现调控。     

电动汽车空调室外换热器空气侧流动换热模拟研究

采用数值模拟方法对室外微通道换热器翅片侧空气流动换热性能进行仿真计算, 探讨了在制冷工况下,不同百叶窗结构对微通道换热器空气侧传热及流动特性的影响. 结果表明j 因子的模拟结果与实验关联式之间的平均偏差在7.8% 以内,f 因子的平均误差在7.35 % 以内, 符合工程应用要求. 雷诺数较低时, 传热因子j 和阻力因子f 都随Fp 的增大而减小, 雷诺数较高时,Fp 对两者的影响不明显; 随着开窗角度增加换热器换热系数会呈现先增加后减小的趋势, 同时压降会随开窗角度的增大而有所升高.     

竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构

本文采用流动显示方法对竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构进行了研究,发现当表观气速高于管道流态化的最小临界速度但低于节涌状态向湍动状态过渡的临界速度时,槽道中没有明显的气泡出现,而是形成一条穿过颗粒密相区的气流通道。当表观气速较低时,气流通道始终偏向槽道一侧。表现气速较高时,气流通道在槽道两侧摆动。在湍动状态下,槽道中的流态和管道中的流态相似。在快速流态化情况下,当颗粒循环量在一定范围时,槽道壁面附近会出现准静止的大尺度颗粒团。     

方形爆炸抛撒装置结构优化

为了研究方形抛撒装置壳体破坏规律及燃料分散特性,开展了抛撒装置外场实验并利用LS-DYNA仿真软件进行了数值模拟,模拟结果与实验结果相吻合。进一步分析装置倒圆角及刻槽深度对壳体破裂效果及燃料分散速度的影响规律,结果表明:倒圆角与增加刻槽深度有利于减小壳体棱边处应力集中的影响,圆角半径增至10 mm或刻槽深度增至1.2 mm时,棱边处不再破裂;同一装置壳体边部和中部位置采用不同深度的刻槽可有效减少壳体破裂不均现象。当边缘处刻槽深度为1.2 mm、中间刻槽为1.6 mm时,壳体均匀破裂;当棱边处倒10 mm圆角,边部刻槽深度为0.8 mm,中部刻槽为1.2 mm时,抛撒装置既能满足壳体均匀开裂,又可提高壳体强度,同时可将燃料分散平均速度差值降低22%,从而有效提高燃料抛撒效率。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

翼前缘层板对流冷却结构的防热效果分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境, 设计一种层板对流冷却结构对翼前缘进行热防护. 提出一种壁面冷却效率参数η, 并运用流固耦合的分析方法, 研究了对流冷却结构在特定条件下的冷却效果, 其中采用水冷时头部冷却效率η 值最低为0.25. 研究表明, 对流结构冷却效果与内部冷却槽道深宽比γ 有重要关系, η值随γ 的增大而增大至一个稳定值, 此时冷却效果达到饱和, 若此时γ 继续增加则可能出现不利于冷却的现象. 冷却效果η随着前缘头部半径的减小而减弱. 研究还表明, 当层板对流冷却结构和材料固定时, η 值随冷却剂流量增加而增大, 并逐渐趋近至一个稳定值, 而冷却槽道进出口压差急剧增大. 因此需要综合考虑提高流量给供给系统带来的压力, 选取最佳流量值以达到相对较好的冷却效果. 对于材料而言, 内部冷却通道和外部耐热层都应选择导热系数较高的材料, 能够强化结构传热增强冷却效果.     

非圆通道内变物性流体湍流换热的数值模拟

本文模拟研究了变物性空气在多种正多边形和圆形通道内的湍流流动和换热特性。选用标准k-ε湍流模型以及SIMPLE算法对此三维椭圆型问题进行求解。模拟结果表明:对于正多边形截面通道,角区的换热要明显弱于非角区区域,且恶化程度随着角区角度的减小而加剧,同时,角区角度越小,管壁的周向换热系数分布越不均匀;正多边形通道与圆形通道平均换热Nu的差异随着正多边形边数的增多而减小;借助当量直径,使用针对圆形通道的湍流换热关联式计算非圆截面通道内的换热将会带来较大误差,对于正多边形通道,这种最大误差存在于正三角形通道与圆形通道之间,误差可达27.5%。     

水冷包层试验段设计与流动特性研究

针对水冷包层子模块并行通道的流量分配对热量导出的影响,以水冷包层子模块第一壁为研究对象,对其并行通道试验段的模化设计与流量分配特性展开了研究。采用模化方法对第一壁的结构进行设计,得出试验段相关参数。采用计算流体力学(CFD)的方法对模化设计的试验段进行数值模拟,并分析其流动状态。将结果与原型结构下的流动特性参数进行比较,验证了采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一壁的流动特点,为试验装置的搭建提供参考。     

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针对水冷包层子模块并行通道的流量分配对热量导出的影响,以水冷包层子模块第一壁为研究对象,对其并行通道试验段的模化设计与流量分配特性展开了研究。采用模化方法对第一壁的结构进行设计,得出试验段相关参数。采用计算流体力学(CFD)的方法对模化设计的试验段进行数值模拟,并分析其流动状态。将结果与原型结构下的流动特性参数进行比较,验证了采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一壁的流动特点,为试验装置的搭建提供参考。