Lattice Boltzmann simulation of viscous-fluid flow and conjugate heat transfer in a rectangular cavity with a heated moving wall

In the present work, conjugate heat transfer in a rectangular cavity with a heated moving lid is investigated using the lattice Boltzmann method (LBM). The simulations are performed for incompressible flow, with Reynolds numbers ranging from 100 to 500, thermal diffusivity ratios ranging from 1 to 100, and Prandtl numbers ranging from 0.7 to 7. A uniform heat flux through the top of the lid is assumed. Results show that LBM is suitable for the study of heat transfer in conjugate problems. Effects of the Reynolds number, the Prandtl number and the thermal diffusivity ratio on hydrodynamic and thermal characteristics are investigated and discussed. The streamlines and temperature distribution in flow field, dimensionless temperature and Nusselt number along the hot wall are illustrated. The results indicate that increase of thermal diffusivity yields the removal of a higher quantity of energy from lid and its temperature decreases when increasing the Reynolds and the Prandtl numbers.     

Spiral phase-change material for enhancing natural circulation solar water heater: An experimental study

This article studies the use of spiral phase-change material as an energy storage to improve the performance of a domestic solar water heater. The heating and cooling tests have been conducted for the vertical and horizontal position of the phase-change material in the water heater tank. The vertical position phase-change material yields better results than horizontal position. The charging energy and system thermal efficiencies of the tank are increased up to 20% and 12%, respectively, when the phase-change material is kept vertically. Also, it is observed that better heat transfer coefficient between water and phase-change material and upgraded thermal stratification during the cooling tests.     

侧面抽运板状激光介质的热汇冷却

高热负荷固体激光介质的热效应已经成为制约激光器功率进一步提高的严重障碍,只有对激光介质进行有效的冷却才能保证其安全运行。以不均匀换热系数模型为基础,研究了具有非均匀内热源的侧面双向抽运板状激光介质在狭窄通道强制对流冷却情况下的耦合换热问题,对热汇冷却方案下介质的温度分布和热应力分布进行了数值模拟和分析,并对复合介质、蓝宝石和金刚石三种热汇材料进行对比。结果表明,忽视换热系数的非均匀性将导致应力计算结果偏低。对于侧面抽运、侧面冷却的激光介质,金刚石热汇冷却方案最佳,蓝宝石热汇方案次之,而复合介质方案不宜采用。     

高功率微波管收集极的散热分析北大核心CSCD

利用欧拉两相流模型和沸腾换热模型计算了高功率微波管收集极的散热问题。在给出电子束能量沉积规律的基础上,得到了热源项在收集极及冷却水中的分布形式。利用CFD软件计算了脉宽为45ns、重频为5OHz、平均功率为27kW电子束作用下的收集极温度分布,重点研究了冷却水流速对散热效果的影响。研究结果表明,冷却水流速为1．5m／s时,内壁面稳态峰值温度超过了收集极材料的熔点,会导致一定时间后收集极损坏;散热峰值处对流换热大约占总换热量的71．7％,激冷换热大约占28．1％,相变换热占0．2％。冷却水流速小于5m／s时,收集极最高温度随流速增加快速下降;5～10m／s时,温度下降缓慢;超过10m／s后,温度下降速度增大。针对该电子束条件,收集极安全工作要求冷却水流速不得低于5m／s。     

真空罐内应用的太阳模拟灯阵热设计

为了解决太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用时的导热问题,采用热管导热的方案,设计了专门的氙灯导热机构。计算了液氮系统的导热能力,结果显示,真空罐液氮冷却系统的温度升高ΔT为2074 1 K,小于其过冷度4 K,表明真空罐液氮冷却系统完全可以将太阳模拟灯阵的热量导出。采用热管导热技术,设计了导热机构,用有限元分析法进行了热仿真分析,分析结果表明,氙灯阴阳极温度维持在100 ℃左右,氙灯灯泡维持在655 ℃左右,满足氙灯正常工作的温度条件;积分器和反射镜组件温度维持在200 ℃左右,椭球镜温度维持在135 ℃左右,亦满足正常工作的温度条件,从而验证了热设计的正确性。     

内嵌微流道低温共烧陶瓷基板传热性能（英）

随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加,传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一,设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道,其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm,宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响,实验结果表明:当去离子水的流量为10 mL/min,热源等效功率为2 W/cm2时,直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃,蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃,螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中,直排型微流道具有最小的雷诺数,在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外,提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。     

Experimental and numerical study of the effect of conjugate heat transfer on film cooling

Combined convection heat transfer and thermal conduction for film cooling of a flat plate with 45° ribs on one wall was investigated experimentally and numerically. The flat plate surface temperature was measured using thermochromic liquid crystals. The results show that the film cooling is the main mechanism for the local cooling with a very low thermal conductivity while the convection heat transfer of the coolant in the coolant channel is the dominant heat transfer mechanism for the high thermal conductivity plate, with both film cooling and convection heat transfer by the coolant being important with medium thermal conductivity walls.     

短脉冲激光对硅基探测器的热作用模型选择

从傅里叶模型和非傅里叶模型的基本方程出发,通过有限差分方法对方程进行数值求解。分别分析了10,1．0,0．1,0．01 ns这4种脉宽的脉冲激光作用于硅材料时两种传热模型温度曲线的相对变化;讨论了热弛豫时间对非傅里叶模型数值结果的影响。结果表明:脉宽小于或等于100 ps的激光作用于硅材料时,表层温度上升缓慢,会发生载流子效应,非傅里叶模型可以合理地反映这种现象;对于一般材料,载流子效应发生的条件是脉宽小于或等于材料热弛豫时间,此时应当用非傅里叶模型描述加热过程。     

Structure–phase transformations and physical properties of ferritic–martensitic 12% chromium steels EK-181 and ChS-139

The thermophysical properties (specific heat, thermal diffusivity, thermal conductivity, linear thermal expansion coefficient, density) of 12% chromium ferritic–martensitic steels EK-181 (RUSFER-EK-181) and ChS-139 and the structure–phase transformations that occur in them upon heating and cooling in the temperature range 20–1100°C are studied. The temperatures of the start and finish of the α → γ and γ → α transformations in these steels and the Curie temperature are determined by differential scanning calorimetry. Peaks in the temperature dependence of the specific heat and jumplike changes in the linear thermal expansion coefficient and the density and the minimum of thermal diffusivity are detected in the α → γ transformation range. Specific heat peaks, thermal conductivity minima, and inflection points in thermal diffusivity curves are also observed near the Curie temperature.     

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。     

水力入口段对流体直接冷却片状激光器热效应的影响

流体直接冷却Nd:YAG片状激光器系统中,流体流经增益介质时存在水力入口段,使用Ansys仿真软件,讨论了不同水力入口段距离对流体热交换系数的影响,并在此基础上,将水力入口段距离进行分类,分析了水力入口段距离对热应力以及光束传输的影响;模拟了不同冷却液的冷却效果;研究了流体处于不同流动状态时,水力入口段距离与流体热交换系数的关系,以及水力入口段距离与增益介质温度分布的关系;得到了这种高功率激光器冷却系统中,最佳水力入口段距离的范围。结果表明:流体流经增益介质时,不同的水力入口段距离只是规律性地移动了流体的热交换系数曲线,因此,避开流体热交换系数曲线中变化较大的区域,即0～2.25 mm范围内的水力入口段距离,可实现介质内更小的温度梯度,同时降低热应力以及波前畸变,从而实现更好的冷却效果。     

电力系统用高温超导磁体的热稳定性分析

为了研究高温超导磁体在电力系统应用中的运行状态,在建立了高温超导磁体在交变电流运行下的分析模型的基础上,对磁体温度场进行有限元分析,给出了磁体在交变电流运行下磁体内部的温度分布,探求了磁体的安全工作电流,提出了改善磁体热稳定性的措施,对直接冷却、饼式结构的高温超导磁体研制有一定参考意义。     

Experimental study of heat transfer processes for macroparticles in a dusty plasma

The results of the experimental study of heat transfer processes in liquid dusty structures are reported. The experiments have been carried out for aluminum oxide particles in an rf discharge plasma. The thermal conductivity and thermal diffusivity of the dusty plasma component have been determined by analyzing the steady and unsteady heat transfer processes. The temperature dependence has been obtained for these quantities, which is in qualitative agreement with numerical simulation results for a simple one-atomic fluid.     

板状激光振荡介质温度场和应力场的数值模拟

以非均匀内热源模型为基础,并考虑材料的导热系数和热膨胀系数的温度相关性,利用有限元方法,对板状激光振荡介质在不同功率和冷却强度下的温度和热应力分布进行了数值模拟及分析。根据计算结果提出了最大有效换热系数的概念,指出换热系数超过最大有效换热系数后,继续强化传热对减小高功率激光器的热效应已无明显效果。以此得出采用常规冷却技术所允许的最大泵浦加热功率。     

耦合传热和冷却流通道流动对气膜冷却的影响

本文通过数值模拟的方法同时考虑了耦合传热和冷却流通道流动对气膜冷却的影响.计算结果表明,在考虑耦合传热的情况下,冷却流通道流动的影响仍然存在,但随着壁面导热系数的增大,这种影响减弱;同时在考虑耦合传热的情况下,受保护壁面温度场分布更加均匀,冷却效果更好.计算结果还表明吹风比为0.5时的冷却效果优于吹风比为1.0的情况.     

Thermal Diffusivity and Thermal Conductivity of Neodymium in the Temperature Range 293 to 1773 K

Thermal conductivity and thermal diffusivity weremeasured for the first time by the laser flash method in the temperature range of thermal diffusivity of neodymium from 293 to 1773 K, including regions of phase transitions. The results are compared with the available literature data. Reference tables for neodymium heat transfer coefficients are designed for scientific and practical use. The possibility to predict the thermal conductivity of neodymium liquid and β-phase using the Wiedemann–Franz law is shown.     

适用于服务器CPU散热的微通道两相流研究

设计了一套以R134a为冷媒的微槽道两相流循环散热系统,用于冷却高发热密度的服务器CPU,实测综合传热系数1000~1200 W/(m^2·℃)。冷却水既可以由制冷机提供,也可以由蒸发冷却装置提供.搭建了实验测试平台,系统地测试和对比了该系统在不同CPU负荷和冷却水供水温度工况下的散热性能.测试结果表明,通过饱和温度为25~30℃的R134a两相流相变传热,可将散热热流密度为3 W/cm^2量级、总散热量在50~150 W量级的CPU本体温度稳定控制在50~60℃。根据实测数据,在不同气候条件下,该系统应用于大型数据中心全年理论能效比可以达到10以上,远高于常规机房空调。该系统具有换热能力强、体积小、能效高、冷源温度高、适用性广、节能潜力大等优点,具有可观的经济效益和社会效益。     

水喷射淬冷高温壁面的传热实验研究

本文采用直接表面温度测量的方法对水喷射高温壁面的传热过程进行实验研究．系统地研究了射流出口速度、冷却水过冷度、喷嘴至加热面的间距、初始壁温以及水喷雾的流量密度等参数对淬冷表面的膜态沸腾、最小临界点、过渡沸腾、最大临界点等传热过程的影响，给出了有关实验结果，分析了它们的特点。     

单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究

对于种子干燥方面的研究,大多是针对其宏观传热传质即干燥动力学方面。本文采用热成象技术对单颗蚕豆种子的传热过程进行了研究,用实验求解导热方程反问题的方法计算出不同含水率下单颗种子的导热系数,对种子在非稳态下内部温度场进行了测试与分析．研究结果表明,在含水率小于 ２０％时,其导热系数随着含水率的增加而增大,当含水率大于 ２５％时则表现出较强的非均质性和非稳态性。对单颗蚕豆种子内部温度场测定而得到的种子热剖面温度分布表明,种子内部存在温度梯度其热扩散具有均匀性,同时反映出种皮传热热阻的存在。这些结果对于深入研究种子内部的传热传质机理,具有重要的实际意义。     

多层超薄薄膜介质光热辐射的三维理论研究

在柱坐标系下，以热传导方程及边界条件为基础，通过Hankel变换及逆变换，得到多层热单介质膜中的温度场.以特殊参数为例，对膜层为三层时的特殊情况进行讨论，得知对于高热 扩散率的薄膜材料，纵向和横向的热导率比值越大，相位的变化也越大.低热扩散率薄膜材 料，不同的纵向和横向的热导率比对光热信号的影响很小.同时，光吸收系数越小，频率变 化对相位影响越明显. 关键词： 多层 热单介质膜 温度场