高功率半导体激光器微通道热沉的方案设计

 对用于高功率半导体激光器的叠片式微通道热沉进行方案设计,利用计算流体力学和数值传热学对各种方案进行数值仿真,研究了微通道的特征尺寸和流量等因素对冷却效果和流动阻力特性的影响,一般情况下,减小微通道的特征尺寸和增加冷却水的流量可以降低传热热阻,但增加了流动压力损失;另外对金刚石热扩散片（次热沉）的效果也进行了数值计算,计算结果表明:金刚石热扩散片在该类型问题中降低温度作用明显。     

燃烧室冷却通道液态甲烷两相充填过程数值模拟

液氧甲烷发动机启动过程中,相比管路充填,液态甲烷充填燃烧室冷却通道存在更加剧烈的非稳态换热和相变过程。通过追踪充填界面,建立一维分相集总参数充填模型,采用满足扩散条件的相变模型和界面换热模型计算低温推进剂两相非稳态传质传热过程。基于燃烧室冷却通道挤压试验系统建立了仿真计算模型,进行了甲烷两相充填过程仿真计算。燃烧室喷注器前腔压力在充填过程中形成类似水击的压力峰,压力峰值为3.5 MPa。仿真结果与甲烷充填燃烧室冷却通道试验结果一致。通过降低冷却通道初始壁面温度和降低甲烷入口初始温度均能有效降低压力峰值。     

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

竖直上升通道RP-3航空煤油不稳定流动换热特性及临界准则

针对空-油换热器的冷却换热问题,对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的不稳定流动换热开展了实验研究.探究了由稳定流动换热向不稳定流动换热的过渡过程,考察了测量参数的振荡特性和机理,阐述了质量流量、进口压力、进口温度对壁温振荡和不稳定边界的影响.提出了两个无量纲参数,建立了不稳定边界预测准则.结果表明:通道施加高热...     

三角冷却通道尖角区的换热研究

三角冷却通道可以作成不同角度尖角区深入高温部件的突出部份进行有效冷却,因此在工程上应用很广.尖角区换热系数远较圆管为低,如果误用圆管传热公式来计算尖角区壁温,就会导致该区冷却不足和温度过高,引起部件寿命降低甚至很快损坏。因此获得不同角度尖角区的换热公式具有重要意义。     

1.5级透平动叶端壁泄漏流换热与冷却研究

本文数值研究了一级半透平中动静间隙泄漏流对动叶端壁表面换热与冷却的影响,分析了冷气质量流量比、密度比和动叶转速等三个重要因素对动叶端壁表面换热与冷却的作用规律。结果显示,质量流量比和密度比增加会强化端壁上游区域和主通道涡分离线下游区域的换热,但在冷却方面仅在端壁上游区域进一步产生过冷现象而对端壁通道下游的冷却几乎没有任何影响;转速的上升则会削弱端壁换热,并且会抑制通道涡,但对冷气的覆盖面积没有明显的提升作用。     

多孔细径微肋管内CO2流动蒸发换热特性的研究

对亚临界二氧化碳在带有微肋的微细通道内的蒸发换热特性进行了实验研究.实验段为长0.6 m,内径1.7 mm的八孔带0.16 mm高微肋的铝制扁管.实验中参数的变化为:蒸发温度1～15 ℃,质量流速100～300 kg/m2s,热流密度1.67～8.33 kW/m2,干度0.1～0.9.实验结果表明,二氧化碳在带有微肋的微细通道中的蒸发换热系数高于其在光滑微细通道内的换热.二氧化碳的流动蒸发换热系数主要受热流密度和蒸发温度的影响,基本上是换热系数随热流密度及蒸发温度的增加而增加,但同时临界干度前移及滞后,而质量流速对换热系数的影响较弱;压力损失随质量流速和热流密度的增加以及蒸发温度的降低而增加.     

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。     

出口高度对非能动安全壳冷却系统影响

对某大型核反应堆非能动安全壳冷却系统(PCS)中安全壳外部的热环境进行了研究。建立了安全壳外部狭长空间的自然对流换热计算模型,基于Navier-Stokes(N-S)方程进行了求解,同时研究了安全壳出口高度对非能动安全壳冷却系统冷却性能的影响规律。结果表明:在标准大气压下、进口空气温度308.15K时,基准型安全壳按面积加权的出口平均温度为330.33K,引射的冷却空气质量流量为275.85kg/s,冷却空气带走的热量为6160kW;随着安全壳出口高度的增加,安全壳出口质量流量、换热量不断增加,但变化曲线斜率不断降低,最后趋于平缓,同时,衡量冷却空气有效冷却能力的温度效率线性降低,流动损失线性增大,兼顾换热量与流动损失存在一个最优解。     

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.     

束腰结构扰流柱通道的传热和阻力特性

本文对涡轮叶片尾缘中具有束腰结构扰流柱的冷却通道的传热和流动阻力特性进行了实验研究,重点研究了雷诺数、扰流柱的束腰比以及不同组合的影响.结果表明:(1)通道平均努塞尔数随着Reynolds的增加而增大,而当Reynolds数较大时,与圆柱通道相比,束腰结构扰流柱通道的换热效果稍低;(2)通道内平均努塞尔数随着束腰比的增大先增大后降低,然后有所变缓,而其压力损失却曲折波动;(3)在三排扰流柱中,第Ⅱ排束腰结构扰流柱对换热效果影响最大,第Ⅰ排影响最小.当第Ⅰ排和第Ⅲ排为束腰结构扰流柱时,其换热减弱,而压力损失系数却增大.     

高功率固体激光器用气助式雾化无沸腾换热性能的实验研究

以水为工质,在维持热流密度及进口水温不变的条件下,进行气助式雾化无沸腾喷雾冷却实验。分析了液体流量、压力以及气体流动参数对雾化液滴索太尔直径dSMD的影响,并进一步研究了其对换热能力及换热表面温度均匀性的影响。实验结果表明气液质量流量比高于5%时,气液压力相当,可以实现气液相对速度、气体动能利用率、气耗率的最优匹配,可以得到最好的换热效果,而液体压力略低于气体压力,可以得到较好的温度均匀性;气液质量流量比低于5%时,气体压力略高于液体压力,保证气体动能利用率的同时提高了气液相对速度,优化了液体雾化和雾滴分布,得到了最好的换热性能和温度均匀性。     

水平螺旋管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

采用RNG k-ε 湍流模型对超临界CO₂流体在内径为4 mm, 长度2000 mm, 节距为10 mm, 曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响, 并和超临界CO₂在水平直管内的冷却换热进行了对比.研究结果表明, 超临界CO₂在水平螺旋管内流动产生的二次流强于水平直管内的二次流, 前者的换热系数大于后者; 换热系数随质量流量的增加而增大; 在似气体区, 换热系数随着热流量的增加而增大, 而在似液体区, 热流量对换热系数几乎没有影响; 换热系数峰值点随着压力的升高而下降, 并向高温区偏移.     

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。     

超临界R134a水平圆管内冷却换热模拟研究

采用增强壁面函数的标准k-ε模型对超临界R134a水平圆管内冷却换热进行了模拟研究.分析了管内不同截面上流体温度、速度和湍动能的分布情况及对应关系。研究了质量流量和浮升力对换热系数的影响。结果表明,流体速度随着温度的降低而减小,并且最大速度处对应着最高温度和最小湍动能.换热系数随着质量流量的增加而增大,其峰值出现在准临界温度附近。浮升力在似液体区的影响较大,对流体换热起到增强的效果。     

几何参数对低波纹通道流动与换热特性的影响

本文对几种不同几何模型的低波纹通道进行了传热及阻力性能数值研究,在一定的流速范围内得出了传热和阻力的特性曲线.分析了通道高度、波纹波峰高度、通道宽度对流动与换热的影响.结果表明,通道高度越小,换热越强,同时压降也增加;波纹波峰高度越大,换热加强,压降也相应增加;通道宽度越大,换热几乎不变,但压降随之降低.     

瞬态液晶技术在涡轮叶片内部冷却研究中的应用

瞬态液晶测量技术能有效测量物体表面的换热系数,目前已经在传热研究中得到了广泛的应用。本文重点介绍了该测量方法在高温涡轮叶片内部冷却传热研究中的实验过程及应用。对内部冷却U型通道的传热研究表明:气膜抽吸作用下,通道内孔附近的传热得到强化,但区域平均传热系数变化不大;同时抽吸能使带肋通道中的压力损失有所降低。为了满足叶片冷却设计中对传热和压力损失的不同要求,改变弯头区的结构形式是一种有效的手段。实验结果进一步表明,瞬态液晶测量方法能准确地测量内部冷却通道中的传热分布,能为测量和优化涡轮叶片内部冷却传热特性提供可靠的数据支持。     

蒸汽加热竖直矩形窄通道流动沸腾换热的研究

为研究板式换热器内(蒸发-冷凝器)两相换热机理及流型特征,建立单侧蒸汽加热竖直矩形窄通道可视化实验系统,并进行实验研究。结果表明:在窄通道换热中,以核态沸腾换热机理更为活跃,流动沸腾受到抑制,表面换热系数最大值出现在核态沸腾区域;随着入口温度越高,表面换热系数最大点往左迁移,随着质量流量的增大,过冷段增加,沸腾起始点升高,表面换热系数最大点往右移;矩形窄通道主要出现泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流四种流型;将实验数据与现有流型图进行对比,发现流型转变与质量流量、通道尺寸及加热方式有关。该研究为更好的设计板式换热器提供了理论依据。     

超薄泡沫铜对流动沸腾的强化换热特性

由于传热系数高、温度均匀性好及工质需求量少,微通道沸腾冷却成为极具前景的冷却方式。本文主要以烧结超薄泡沫铜为研究对象,以去离子水为工质,探讨孔隙率、入口温度和质量流率对沸腾换热特性进行研究。实验表明,增加流量和降低入口过冷度都可提升泡沫铜的换热性能。超薄泡沫铜孔隙率越高,其换热性能越好,高孔隙率泡沫铜换热性能比较优越,超薄泡沫铜两相换热系数提升约30%。     

毛细矩形微槽群表面喷雾冷却实验研究

本文是在开放式喷雾条件下,以一次蒸馏水为工质,通过改变毛细矩形微槽群表面的位置、喷嘴的出口压力P以及流量G对毛细矩形微槽群表面的换热特性进行实验研究。微槽表面的槽深、槽宽和槽间距分别为0.7 mm、0.55 mm及0.15 mm,微槽的有效加热表面为2 cm×2 cm,喷嘴出口压力P的变化范围为0.3～1.0 MPa。实验研究表明,加热表面的位置对换热效果有一定的影响,在毛细矩形微槽群表面微槽的法线方向与地面平行且轴向方向也与地面平行时的换热效果最好;同时,喷嘴的压力及流量的变化对喷雾冷却也有很大的影响,在单相换热区域,压力流量越大换热效果越好,但在两相换热区域,随着压力流量的增加换热效果则是先增加后减小,本实验在压力为0.51 MPa,流量为26.5 mL/min时所得的换热效果最好。