流体横掠圆形微针肋热沉流动与传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横掠当量直径为90～200 μm的圆形微针肋阵列热沉的流动与传热特性进行了实验研究.实验数据显示:对于叉排实验件热沉,摩擦阻力系数对雷诺数的依变关系在Re=100前后发生转变;端壁效应、高径比和布置方式对摩擦阻力系数有很大影响;努塞尔特数随雷诺数的增大显著增大,其依变关系在双对数坐标下呈现较好的线性关系.     

肋端间隙对微针肋热沉流体流动和传热的影响

本文针对微针肋顶端间隙诱导产生的加速流对流体流动和传热的影响，采用计算流体力学（CFD）模拟与分析软件进行了三维数值模拟。模型采用有限体积法离散、SIMPLEC算法进行层流计算。模拟结果表明，不同肋端间隙对针肋内部流体流动和传热特性有重要影响。在本文的模拟条件下，定流量和定泵功下的最优无量纲间隙（肋端州隙比肋茸径）分别...     

流体横掠方形微针肋阵列热沉的传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横向冲刷方形微针肋阵列热沉的传热特性进行了实验研究.结果表明流体横掠微针肋热沉具有优越的换热特性.实验得出,冷却液的雷诺数对热沉的换热性能影响显著;总热阻随着泵功的增大而降低;对流换热热阻在总热阻中所占比例较小,流体吸热焓变热阻成为影响热沉性能的主导因素.     

流体横掠微针肋阵列热沉的阻力特性

本文以去离子水作为冷却工质,研究了在低Re下流体横向冲刷微针肋阵列时的阻力特性,所用微针肋阵列肋高200μm,直径120μm,为转置正方形叉排结构.实验结果与可利用关联式的对比表明,现存宏观尺度上的关联式不能很好地预测流体横掠微针肋阵列热沉的阻力特性,特别是在Re大于140时,实验结果要高于关联式预测值.     

离散倾斜肋的传热强化及流动特性

本文以高湿透平叶片中腔内部冷却为应用背景，对两相对壁面具有三维离散斜肋的方形收敛通道内的传热进行了实验研究。本文获得的详尽的局部换热系数图谱、平均换热系数及复杂的近壁流场，可用于强化传热的设计。     

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。     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

微针肋气液两相流动及压降研究

本文以氮气和去离子水为工质,对微针肋热沉两相流动形态及压降特性进行了初步研究。结果发现低气液流速时表面张力作用明显占优,气泡在肋之间存在时间不一的停滞现象;随着液相流速的增加,由于表面张力所起作用的变化以及两相流型的转变,试验所得分相模型系数C的分布,发生了两次明显转变;考虑当量直径影响的M-H分相模型对试验值预测效果最好,平均偏差只有9.27%,液相流速很小时,L-Mu模型效果较好。     

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明：在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

高效微射流阵列冷却热沉传热特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉,以去离子水为工质对传热特性进行了实验研究.结果表明,采用微射流阵列冷却不仅能通过增加驻点数目来强化换热,而且能有效地降低换热表面的温差.热沉的热阻会随着泵功的增加而降低;随着泵功的不断提高,热阻变化趋于平缓.     

内螺旋肋管流动与传热特性的实验研究

对六种内螺旋肋管进行了流动与传热的实验研究,实验管内径为16．25-16．69 mm,内螺旋肋高为0．28-0．44 mm,螺旋肋牙数为40-45,螺旋角为43°-45°．研究表明,内螺旋肋管可以有效地强化传热,本文所研究的管型的传热强化倍率为1．67-2．99．比较了两种评价内螺旋肋管性能的方法．用Webb模型及Ravigururajan模型对内螺旋肋管进行了性能预测并与实验值进行了比较．两个模型的预测值与本试验结果有较大偏差,相对而言,传热模型稍优．     

微小单锥体热沉射流流动及换热特性研究

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,射流尺度及热沉结构均对换热性能产生显著影响。本文对一种微小单锥体热沉结构,采用Realizableκ-ε湍流模型对热沉表面流动及换热特性进行研究,并进行实验验证。结果表明:在本文研究范围内(锥体直径为5 mm,锥体高度h分别为5 mm、7.5 mm和10 mm,射流雷诺数Re_j分别为2000、4000、6000、8000),在锥体附近产生环形的带状区域。Re_j对区域半径影响显著,当Re_j分别为2000、4000、6000、8000时,对应的区域半径分别约为5 mm、12 mm、18 mm、23 mm。根据流动结构和压力分布特点,单锥体热沉表面可分为四个区域,分别为驻点区、斜掠区、折冲区和附壁射流区,锥体热沉局部努塞尔数与局部压力系数分布相对应.与h=5mm和h=10 mm的热沉相比,当h=7.5 mm时热沉对流换热效果较好,平均努塞尔数可提升3.4%~6.2%,在h=7.5mm、Re_j=8000的情况下,当热流密度小于0.192~0.324 MW/m~2时,锥体热沉可对热源实现有效散热。     

微针肋槽道内去离子水换热特性

设计了槽肋比为1:2和2:1的矩形大长宽比微针肋散热器,并实验研究了去离子水在其内的流动换热性能。结果表明：当进口温度为40 ℃、微针肋槽道在雷诺数小于650、最高壁面温度低于77 ℃时,单位面积散热量可达21.32 W/cm²。当雷诺数一定时,同一个槽道壁面温度沿着流动方向不断增加、同一个位置壁面温度随着加热功率的增加而增大,局部努谢尔数沿着流动方向先减小后逐渐增加并趋于定值。当针肋流动换热长度较长时,其入口效应可以忽略,槽道平均努谢尔数随着雷诺数的增大而增大,与加热功率无关;为了更好地表达微针肋槽道内的换热特性,考虑了槽肋比、流动雷诺数等影响,拟合了去离子水在微针肋槽道内的对流换热关系式。     

相变储热/辐射器式热沉传热特性数值模拟

本文采用焓法建立了具有传导与对流换热耦合边界相变储热装置的三维数学模型,利用整场求解法对控制方程进行了计算。计算过程中考虑了相交材料液相自然对流和空穴的影响,与实验结果进行了对比,验证了模型和程序的可靠性,并对影响相变储热器性能的因素进行了分析.     

全固态碟片激光器的多孔泡沫热沉传热特性研究

高功率全固态碟片激光器在运行中产生的热透镜效应会引起激光器输出功率降低、光束质量退变,针对该问题本文将多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固态碟片激光器的换热热沉中,并将其应用于多冲程泵浦的全固态碟片激光器.利用有限元分析软件对其结构模型参数进行了优化,当碳化硅厚度为2 mm,孔隙率为40%,入水口压力为4 kg(0.4 MPa)时,系统理论换热系数为1.51×10^5 W/m^2·K,实验测量结果为1.45×10^5 W/m^2·K,理论和实验结果较为接近,验证了理论模型的正确性.最后利用该新型热沉搭建了基于Yb∶YAG的24冲程全固态碟片激光器实验装置,获得输出功率为393 W,波长为1030 nm的连续激光输出,光-光转换效率达到52%,光束参数乘积为5.918 mm·mrad.     

紧凑式回热器传热及流动特性

本文以高紧凑度的锯齿形板翅式回热器为研究对象,建立导热-对流耦合传热问题的三维数学模型,并采用整体求解法在Re=200-2000的范围内进行数值离散和求解,得出速度场和温度场的分布,分析入口段以及交错翅片处强化传热的机理．     

多孔金属布置对热沉传热特性影响的数值研究

本文基于传统微通道热沉的物理模型,建立了完全填充、三角形填充、梯形填充、渐扩梯形填充及底层填充5种不同几何布置形态的多孔金属微通道热沉的数值模型。在层流流动的范围内,对不同布置形态多孔金属微通道热沉的阻力系数、平均Nu数、热阻、有效温控系数及能效因子等相关参数进行了数值研究,并应用场协同原理对多孔金属强化微通道的换热性能进行了分析。结果表明:微通道热沉中填充多孔金属后可显著改善速度场与温度场之间的协同性,填充不同多孔金属布置形态的微通道热沉可使平均协同角减小9.6°~23.2°左右;5种不同多孔金属布置形态的热沉中,完全填充热沉的热阻最小,冷却效果最好;等泵功情况下,当Re数大于150时,完全填充和梯形填充热沉的综合换热性能均优于传统微通道。