矩形微通道中流阻特性的实验研究

以工程上常用的66%的乙二醇水溶液作为工质,对几何特性相似而高宽比不同的4种纯铝矩形微通道内的流动特性进行了实验研究,得到了微通道冷板基础性的设计数据。实验测量了Reynolds数在50~500之间的流动阻力系数。实验结果表明:通道高度H与宽度W之比对微通道流阻特性有显著的影响;当Re数小于100时,在实验误差内,流动阻力系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大和高宽比的变化,f的值远大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的。     

蓄热单元尺寸对融化传热增强作用的数值研究

为提高板式相变蓄热单元融化过程的传热速率,本文在传统矩形单元的基础上改变装置尺寸得到楔形截面蓄热装置。利用焓法模型分析了单元结构尺寸(包括高宽比,上下边长比)对蓄热过程材料融化及传热特性的影响。结果显示,蓄热单元高度(热源面积)一定时,装置上下边长比、高宽比均对其热性能有显著影响。具体表现为:减小矩形单元的高宽比有利于强化传热;采用上下边长比大于1的楔形单元可在一定程度上消除蓄热过程的融化死角,蓄热时间最大缩短32.8%;蓄热单元的最优上下边长比与高宽比存在对应关系。     

弓形流道快速充电模块液冷板流动散热特性研究

采用数值方法对电动汽车快充模式下的液冷板散热特性进行模拟,设计四种水力半径相同、截面形状不同的弓形冷板槽道,研究不同流动特征下液冷板槽道截面特性对电动汽车快充模块散热的影响,结果表明:在相同水力半径条件下,弓形通道液冷板截面特征对冷板散热特性影响很大,且散热强弱顺序随Re增大发生转变,Re<265时,矩形(4×12mm)截面散热最好;Re>265时,方形通道截面散热最好。此外,各工况下圆形通道散热效果均表现为最差。     

椭圆内肋扭曲管换热性能数值研究

对椭圆内肋扭曲管的传热与流阻特性进行了数值研究,分析了截面几何尺寸、内肋数n和导程S对传热和流阻特性的影响,并分析了强化传热的机理。结果表明:内肋数n对传热和流阻的影响不明显;导程S和截面尺寸对传热和流阻性能的影响很大,导程S越小,椭圆压扁程度越大,传热效果越好;螺旋内肋进一步强化了对流传热。     

基于截面重构的液流电池内部多组分输运强化

有机液流电池以其低廉的价格和优异的电化学性能受到广泛关注。本文以醌-铁有机液流电池体系为研究对象，建立了多孔电极内部多组分输运模型，并搭建实验台验证了其可靠性。基于传统的蛇形流道，本文研究了流道截面形状对多孔电极内部多组分输运过程和电池性能的影响机理。结果表明，与传统矩形截面流道相比，在相同操作条件下半圆形的截面流道消耗更低的充电电压并且具有更高的放电电压。相较传统矩形截面流道，具有半圆形截面流道的电极均匀性因子最多提高了7.4%。且在电极四分之三切面处，半圆形截面流道电极的反应物浓度比传统电极高10.8%，大幅增强了活性离子的输运。半圆形的流道截面的提出，有利于基于有机液流电池大规模储能技术的发展。     

流场结构对电抗器水冷板传热性能影响的研究

对新疆某风电场监控数据进行分析,根据所得模型体积、发热量以及冷却液流量,构建了三种风电机组中电抗器水冷板的内流场结构及仿真模型,进行了数值模拟分析,并通过实验得出了以下结论:在水冷速度在1.7 m·s~(-1)的条件下,S型流道水冷板的最高静温度比U型流道和O型流道水冷板都要低。S型流道水冷板具有内部流体流速分布均匀、达到稳态后其生热面温度稳定,出入口温差稳定的特点,散热性能最好。     

扭曲流道内混沌对流及传热特性研究

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20～1 000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明：两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强度越高;流道的传热性能随着雷诺数增大而提高,平面流道传热略优于曲面流道,显著优于平直流道;流道的摩擦系数与雷诺数近似成反比,两种扭曲流道摩擦系数均高于平直流道,曲面流道略低于平面流道。不同流道的综合传热性能在不同的雷诺数范围下具有优势,当雷诺数取1 000时,曲面流道强化传热评价指标值约为1.55,比平面流道高约4.3%,曲面流道倾向于在较高的雷诺数下取得更好的综合性能。     

基于遗传算法的风冷式动力电池热管理系统优化

本文针对风冷式电池热管理系统,采用流阻网络模型与遗传算法相结合的方法,优化系统的进出口导流板角度,使得系统冷却流道内速度均匀化,从而达到降低电池组的最高温度和最大温差的目的。通过典型算例分析了系统结构优化后的散热性能,结果表明,流阻网络模型大大减少了速度场的计算量,从而显著缩短了优化时间;优化后电池组的最高温度和最大温差均显著下降。     

综合模块化航空电子设备液冷散热研究进展

航空电子设备的发展趋势为综合模块化,热功耗更大,面临着百瓦级的模块的散热难题,而液冷技术是解决这一难题的首要选择。总结了国内外相关标准规范;研究了设备组成,包括机架和模块的基本结构、流道形式、加工工艺、冷却液的选择等;讨论了设计计算方法,包括冷板的设计性计算、流阻匹配性计算、应用计算流体力学方法的优化设计。提出了进一步的研究方向：建立一套关于综合模块化航空电子设备的标准规范体系;形成热-流-结构-电磁等的多场耦合优化方法;开展压力测试、应力测试、热测试、电磁屏蔽测试和腐蚀测试等测试研究。     

不同形状扰流柱群通道换热特性研究

对内置有相同截面面积的圆形、椭圆形和水滴形五种不同形状扰流柱叉排阵列的矩形通道流动换热过程进行了三维数值模拟和试验,获得了通道恒热流壁面热场的分布特征,分析了扰流柱形状和来流Re数对换热特性的影响.研究结果表明:在相同的扰流柱间距下,装有圆形扰流柱阵列的矩形通道壁面Nusselt数约比水滴形扰流柱的高25%~45%;综合考虑换热和流动损失,装有水滴形扰流柱群矩形通道的综合性能最佳.     

非均匀矩形产热体对流传热构形设计

针对电子器件非均匀发热问题,建立考虑流体流动和传热的三维非均匀矩形产热体模型,以综合考虑(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标,基于有限元方法对冷却流道直径和宽高比进行优化,得到矩形单元体在不同产热分布条件下的最优构形。结果表明:综合考虑传热性能和压降损失的复合函数对无量纲流道直径存在极值;当单元体个数从10增加到30时,复合函数的最小值减小了 16.7%;以双自由度对矩形非均匀产热体开展构形设计可进一步提升对流传热的综合性能;提升矩形产热体内部产热的均匀性有益于降低传热过程中的(火积)耗散率,设计人员以综合衡量(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标时应尽量将发热元件均匀布置在矩形产热体内。     

金属空间桁架电磁窗桁杆截面选型分析与优化

基于极化分解理论,分析了金属空间桁架电磁窗的桁杆散射场。针对桁杆截面选型,对比了圆截面桁杆与矩形截面桁杆的抗弯刚度与电磁散射特性。综合两种截面形状的优缺点,按照力电性能一体化设计要求,提出了将二者结合的圆角矩形截面优化设计方案,并对其辐照效应进行了计算仿真分析。结果表明:矩形桁杆由于棱边的电荷积聚效应,相较于圆柱形杆散射场副瓣电平较高,电磁性能较差,但抗弯能力更强,具有更好的保护性;圆角矩形的散射电平值小于矩形杆,同时具有超过圆柱形杆的力学特性,是提高电磁窗力电性能的可行方案。     

双层结构液冷机箱设计

本文设计了一种可安装32～36个标准模块(ASAAC)模块的液冷机箱,该液冷机箱采用双层式结构。液冷机箱主体结构由上、中、下冷板及左侧冷板组成,各冷板内均设置有冷却液流道,用于机箱的冷却。上、中、下三块冷板之间的流量分配和连接由左侧冷板完成,左侧冷板上装有一进一出快速自密封接头,用于和液冷源的连接。通过实验测试了液冷机箱冷板均匀性、模块最高温度及不同类型模块负载对散热性能的影响。实验表明,该液冷机箱具有换热性能好、可靠性高等优点,可满足实际应用需要。     

矩形与圆形截面载流平行双导体间安培力研究

截面形状不同的载流导体在空间中的磁场分布以及对其他导体的安培力,在实际工程应用中有重要意义.本文从理论上分析计算无限长矩形截面和圆形截面载流导体磁场分布,进而对两根平行的矩形截面导体间、圆形截面导体间的安培力进行分析,并利用Matlab软件对磁场分布和安培力做了模拟.结果表明:矩形截面载流导体的磁感线呈近似椭圆状;两平行矩形截面载流导体间的安培力不仅与距离、截面尺寸有关,当距离、截面尺寸一定时还和放置的方向有关.当边长比a/b1时,安培力小于同样面积和载流密度情况下的圆截面导体,且a/b值越小,作用力越大,当a/b1时,大于同样载流情况下的圆截面导体,但随着导体间距增大作用力的差别越来越小.     

变截面折流杆换热器的流动与传热分析

本文在折流杆换热器的基础上,采用数值计算的方法,以水为流动介质,对不同折流杆间隔的折流杆式换热器进行流动与传热特性的分析。同时,本文设计了一种新型的变截面折流杆式换热器,对换热器进行优化,结果表明,变截面折流杆换热器比等截面折流杆换热器的综合性能最多高13%～14%。     

基于多物理场耦合分析的压接型IGBT散热器多目标优化

为研究处于电磁场、温度场和应力场相互耦合的多物理场环境下的压接型IGBT水冷散热器热阻、流阻及表面压力分布特性,结合ANSYS软件,提出一种在电磁–热–应力多物理场耦合环境下水冷散热器多目标优化方法。在满足表面压力的前提下,以水冷散热器热阻、流阻最小化为优化目标。采用Kriging方法构建响应面模型,利用AMGA优化算法对水冷散热器内部流道结构进行多目标优化设计,计算出了最优方案。搭建试验平台对仿真分析结果进行试验验证,证明文中对压接型IGBT水冷散热器的多物理场耦合分析方法可以指导多物理场下的水冷散热器的设计。     

PEMFC阴极流道中阻块高度的敏度分析与优化

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极流道中安装阻块可以强化氧气传输,提升电池性能,但不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度不同。本文建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,对阴极流道安装有阻块的PEMFC进行了数值模拟,并结合全因子设计法研究了不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度。此外,基于敏度分析结果,采用遗传算法对阻块高度进行了优化。结果表明:越靠近出口位置的阻块,其高度变化对低电压下的电池功率的影响程度越大。增加靠近出口位置的阻块高度可以促进催化层反应物的均匀分布,提高催化剂的利用率,最大程度地提升电池性能。当组块高度H1和高度增量ΔH分别为0.9537 mm和0.009 mm时,PEMFC性能最佳,与未安装阻块相比,电池最大净功率提高了18.45%。     

有源相控阵天线阵面冷板设计与优化

针对有源相控阵天线阵面散热问题,设计了一种冷板作为热沉、子阵外壳为均温板的散热结构,通过热仿真分析和试验测试该冷板的散热性能,在此基础上对冷板结构进行优化,采取冷板作为流量分配网络、子阵盲配通液的散热结构改善散热性能,结果表明,优化后散热结构相对原散热结构的冷板散热性能有较大提升,子阵外壳与冷板的温度和温差有较大改善,为冷板的结构设计提供一定的参考意义。     

阻性管道消声器消声量方程的一个新算法

将阻性管道消声器消声量特征方程（组）转化为常微分方程（组），由此给出消声量计算的一个新方法。该方法毋需迭代因而不存在计算稳定性问题，计算量小，初值的迭取也很简单，适合于扁矩形、任意矩形及圆形等各种截面管道消声器，尤其对多变量、考虑平均流影响的情形更为有效。     

全硅矩形截面脊形波导的研制及其损耗分析

运用有效折射率法和微分法分别对全硅矩形截面脊形波导的模式特性和模吸收损耗系数作了分析，通过乙二胺－邻苯二酚水溶液（ＥＰＷ）各向异性腐蚀的方法，研制成了矩形截面脊形全硅光波导，并对其损耗特性进行了研究和讨论。