大倾角下新型热管冷板传热性能的试验研究

针对在受限空间内工作的行波管阵列所面临的多热源、高热流密度、高散热功率冷却问题,研制了一种新型热管冷板.在自行设计建立的试验台上,对新型热管冷板在大倾角下(60°≤θ≤90°)工作时的传热性能进行了系统的试验研究.试验结果表明,在不同加热总功率P(1600—4000W)和不同冷却水流量Q(100—400L/h)下,热管冷板均能在3—15m in内正常起动.除了P=1600W、Q>300L/h情况下的冷板均温性不能符合行波管冷却要求外,其余试验工况下冷板壁面的最大温差ΔTmax<10℃,冷板壁面的最高温度ΔTmax<70℃,热管冷板的总热阻<0.01℃/W,表明新型热管冷板具有优异的均温高效传热性能.为了有效地发挥新型热管冷板的均温高效散热性能,必须保证其在匹配的冷凝段冷却条件和蒸发段加热条件下工作.在试验的倾角范围内,随着倾角的增大,热阻单调递增;冷却水流量增大或加热功率增加时,热管冷板的换热增强,热阻减小.     

喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究

 针对喷雾冷却的高热流散热方式,设计和构建封闭循环实验装置。通过热电偶计算得到发热面的热流密度。通过激光多普勒测速仪(PDA)测量喷嘴的液雾分布、粒径和尺寸。基于气泡动力学与传热学,建立喷雾冷传热特性的理论模型。数值模拟的计算结果显示出喷雾高度对喷雾冷却曲线的影响：随着喷雾高度的增大,喷雾冷却的换热能力升高,与实验结果的变化趋势相同。同样采用数值的方法,给出不同喷雾张角、不同喷雾压力和不同喷雾高度下的换热系数,对喷雾冷却的传热特性进行分析。研究表明,两相区内的喷雾冷却换热能力得到了显著的增强,喷雾冷却存在最佳喷雾高度。     

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明：设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。     

基于碳纳米球掩膜工艺的大功率T/R组件散热用金属流道冷板

由于金属流道液冷板仍存在加工工艺复杂、换热性能差等问题,提出了一种基于碳纳米球掩膜工艺的金属流道冷板的加工方法,并据此实现了某型号大功率T/R组件用金属流道冷板的成型.通过数值模拟及实验的方法研究了该金属流道冷板的流动特性和换热性能.当T/R组件热耗为500 W,流量为3.5 L/min时,功放器件最高壳温的仿真、实测结果分别为38.7℃和43.7℃.结果表明:所成型的金属流道冷板加工工艺简单、易实现,流动、换热性能好,适应各类大功率电子元器件/组件的散热需求.      

通讯基站分离式热管换热器的传热性能实验研究

通讯基站面临散热不均、散热系统能耗高等问题。分离式热管换热器能替代机房内空调的使用,有效减少基站散热系统能耗。分离式热管换热器传热性能的影响因素有充液率、工质类型和风量等。为了研究不同因素对换热性能的影响,通过理论计算对比分析了理论充液率和实际充液率的差异;搭建实验平台研究了不同充液率下换热器的传热性能变化规律,不同高、中温工质下换热器性能的差异以及室内外风机功率的改变对换热器性能的影响规律。研究发现：使用工质R134a时,最小充液率理论值和实际值的误差为4.74%,换热器最优充液率范围为27.1%～47.9%,且最佳充液率为31.6%,最佳充液率下换热器当量换热系数为909 W/℃;随着充液率的提升,换热器内部相变区域先增大后减小,传热形式由气态工质显热传热为主先变为工质相变潜热传热为主,而后变成液态工质显热传热为主;高温工质不适用于该分离式热管换热器,使用高温工质时,换热器内部无明显相变区域,换热器使用的工质沸点越低,相变区域越大,换热器性能越好,其最佳充液率范围也越大;随着室内、外风机功率增大,换热器性能均先迅速提升而后提升速率减缓,但蒸发器侧由于散热条件较差,提升内风机功率对系...     

局部高热流密度器件射流冲击冷板流动传热特性数值研究

为解决大功率雷达等设备中存在的局部高热流密度热管理难题,进行了大幅面、非均匀高热流密度散热技术研究,提出了一种可同时对上下两侧发热面进行冷却的嵌入式射流冲击冷板,开展了受限空间射流冲击冷却过程流动换热特性数值模拟,获得了嵌入式射流冲击冷板内部的流动换热特性,并对射流冲击距离、射流孔直径、冷板体积流量等参数对流动换热性能的影响规律进行了分析。结果表明,对尺寸为50 mm×72 mm、背景热流密度为1.2 W/cm²、布置有8个3 mm×3.5 mm、125 W/cm²高热流密度芯片的发热面,嵌入式射流冲击冷板的换热系数分布特点可满足局部高热流密度散热需求,且在射流冲击距离为3 mm、射流孔直径为2 mm时,综合考虑换热性能与压降后的冷板性能最佳,在冷板体积流量为5.5 L/min时,芯片最大温升为15.6℃,压降为3.917 kPa。所提嵌入式射流冲击冷板及研究结果可用于局部高热流密度器件热管理。     

水平管外降膜蒸发传热性能实验研究

建立了降膜蒸发实验台,研究了在低压状态下水平管喷淋降膜蒸发的传热性能.实验蒸发管分别使用光管和某种型号强化管.实验测试了管子结构、喷淋流量以及在喷淋液中加入添加剂对换热的影响.结果表明,喷淋流量增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加,当增大到一定程度会出现换热效果变差的情况.强化管的总传热系数比普通光管高62%.本次实验使用的质量分数为4.15%的添加剂对于换热无强化效果.     

机载热管冷板传热性能与寿命预估试验研究

为考察热管冷板在机载条件下的适用性,设计一种温度循环试验方案对不同类型及同类型不同配置方式的9种热管冷板进行试验研究。根据温度循环前后红外热像仪测试结果分析不同热管冷板的传热性能差异,并基于试验结果采用阿雷尼乌斯公式进行寿命预估。研究表明:温度循环前后,铝均温板因产生不凝性气体导致传热性能恶化,普通铜水热管冷板与微热管阵列冷板传热性能均未发生改变,可靠性较好;未发生恶化的热管冷板在最高工作温度下预估寿命至少为6 627 h,可满足使用寿命要求。研究工作可为机载热管冷板的选择与设计提供参考依据。     

内置转子换热管强化传热性能研究

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理，实验研究了阶梯对螺旋叶片转子强化传热性能的影响。实验结果表明，在相同的雷诺数条件下，内置阶梯型螺旋叶片转子换热管的努塞尔数及阻力系数较无阶梯的螺旋叶片转子分别高出了7.8%~13.1%和24.1%~33.8%，同时性能评价因子（PEC）明显高于无阶梯的螺旋叶片转子，从而验证了阶梯可明显提高螺旋叶片转子强化传热的综合性能。     

管壳式换热器热-磁-流耦合强化换热数值分析

采用Fe₃O₄/水磁性纳米流体和磁场改善管壳式换热器壳程的对流换热性能。通过三维数值模拟，分析了磁性纳米流体体积分数、流率和磁感应强度对管壳式换热器对流换热性能的影响。结果表明，换热器的传热率和强化效应会因为纳米粒子的导热系数和布朗运动而得到提高，但当体积分数大于1%时，提升幅度会逐渐减小并且效能评价系数会降低。相比其他性能强化技术，磁场对磁性纳米流体的作用可以使换热器在压降增加不大的情况下显著提高换热性能；与没有施加磁性纳米流体和磁场的情况相比，磁场下加入了Fe₃O₄/水磁性纳米流体的管壳式换热器的传热率提升最高可达68.2%，而压降只增加了13.8%，与施加了磁性纳米流体而没有施加磁场的情况相比，其传热率的提升最高可达46.7%，而压降只增加了1.96%。磁性纳米粒子本身具有的高导热性质和其布朗运动效应以及磁性纳米流体在垂直均匀磁场的作用下带动壳程流体形成的由内向外的旋流，加剧了对热边界层的扰动和冷热流体的混合，是对流换热性能增强的主要原因，且磁感应强度越大，流体流率越低，磁场对流体综合传热性能...     

同轴径向热管传热特性实验研究

为了解热管径、轴向外壁温度的分布情况及不同充液率条件下热管的换热系数,对新型碳钢-水同轴径向热管在5种不同充液率下的传热性能进行实验研究,分析不同热流密度下热管管壁的温度分布情况;并根据最小二乘法原理,推导热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式.研究结果表明:在实验条件下,50%充液率的热管传热性能最佳;在不同充液率条件下,热管的换热系数相对误差不超过7.92%.     

紧凑型滚压强化管管束内水和盐水的沸腾强化换热特性

对水平光滑和滚压强化两种传热管管束在不同压力条件下的窄小空间内沸腾强化换热进行了实验研究，确认了窄小空间能够有效强化沸腾换热特性，存在着一个换热强化效果最好的最佳管距．当管距很小时，光滑管几乎具有和强化管相同的换热特性．实验范围内盐水浓度对换热特性几乎无影响．实验证明，对紧凑满液型蒸发换热器，利用传热管管束狭窄空间内早期沸腾强化换热机理，可以将中小热流密度条件下的自然对流换热转化为旺盛核沸腾换热，其换热性能大大优于传统的降膜式蒸发换热器．     

水基磁性流体水平加热棒下的池沸腾传热实验研究

研究了磁性微粒浓度、外加磁场对水基磁性流体在水平加热棒加热情况下的沸腾传热影响．实验结果显示，磁性微粒浓度、外加磁场对磁性流体的沸腾换热有很大影响．高浓度的磁粒浓度使磁性流体沸腾换热恶化，对于中低浓度的磁性流体，存在一个最优的磁粒浓度，在该浓度下沸腾传热的强化效果最显，施加磁场时该结论仍然成立．施加磁场使磁性流体的沸腾传热强化．     

小型喷雾冷却装置两相区传热特性模拟及优化

喷雾冷却技术应用于小型固体激光器等高功率设备时，对其操作参数优化是提高系统传热能力、提升设备运行稳定性的有效手段．针对某小型喷雾冷却装置开发的需要，基于计算流体力学(CFD)开展模拟研究，采用欧拉-拉格朗日方法，设计开发了喷雾冷却系统数理模型，模拟结果与实验结果的最大相对误差为4.3%，证明了模型的可靠性.通过单因素模拟研究操作参数对系统传热性能的影响，结果表明：热流密度为223.98 W/cm²时，降低工质温度、增大工质流量与喷射速度、降低环境温度均可提升系统的传热性能；其中工质温度、工质流量与喷射速度对喷雾冷却两相区传热过程影响明显，环境温度则影响较小；不同操作参数下热沉表面温度均呈现中心温度低并沿径向逐渐升高的特征．在单因素模拟基础上，通过正交模拟试验方法对操作参数进行整体优化，确定各因素显著程度.结果表明：热流密度一定时，以热沉表面平均温度为指标，操作参数对系统传热性能影响显著度排序为工质流量>喷射速度>工质温度；基于喷雾冷却装置设想，优化出的实验系统操作参数推荐值为工质流量46.88 L/h、喷射速度23.4 m/s、工质温度8℃．建立的模型...     

桑塔纳轿车散热水箱管内外传热特性的分析研究

本文对上海桑塔纳轿车用散热水箱的传热性能进行试验，依据实测数据，将管外横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离出来，并整理成无量纲准则式，为优化设计提供参考依据．此外，对管内外的传热特性、阻力特性进行分析，验证了目前考核散热水箱热性能指标的合理性．     

多脉动冷端热管散热器的散热性能

为了强化单片板式脉动热管的传热,满足高功率电子芯片散热的需要,提出一种具有多脉动冷端结构的热管散热器,并对其散热与启动性能进行实验研究。分析充液率、加热功率对多脉动冷端热管散热器传热性能及启动性能的影响,并与单片平板脉动热管进行对比。研究结果表明:多脉动冷端热管散热器的最佳充液率为25%;多脉动冷端散热器冷端启动呈先中间后两侧的顺序;启动时间受充液率影响较小,但随加热功率增加而变短且启动稳定性更好;启动温度则随充液率的增加而变大;在相同工况下,多脉动冷端散热器传热及启动性能明显比单片平板脉动热管的优。     

添加剂浓度对溴化锂溶液池核沸腾换热的影响

以Triton X-100为添加剂,研究了添加剂浓度对质量分数分别为10%、20%和30%的溴化锂溶液池核沸腾换热的影响。测量结果表明:该添加剂能显著降低溴化锂溶液的表面张力。受盐析效应的影响,溴化锂质量分数越高,添加剂的临界胶束浓度(CMC)越低。该添加剂可以强化溴化锂溶液的沸腾换热,最佳强化换热点约在CMC处。随着溴化锂质量分数的提升,强化换热效果逐渐减弱。该添加剂对溶液沸腾温度的影响比较小。     

表面加工管束的垂下液膜沸腾换热强化的实验研究

常压状态下，对饱和水和饱和Ｒ１１两种工质在光滑管束和两种机械加工管束上的垂下液膜的对流和沸腾传热特性进行了实验研究．发现在低热负荷条件下，加工管束的平均换热系数比光滑管提高了３～１０倍，具有显著的换热强化作用．其机理是，在低热负荷情况时加工管的表面出现了局部沸腾现象，从而使加工管的换热性能得到大幅度改善．     

表面加工管束的垂下液膜混腾换热强化的实验研究

常压状态下，对饱和水和饱和Ｒ１１两种工质在光滑管束和两种机械加工管束上的垂下液膜的对流和沸腾传热特性进行了实验研究，发现在低热负荷条件下，加 管束的平均换热系数比光滑管提高了３－１０倍，具有显著的换热强化作用，其机理是，在低热负荷情况时加工管的表现出现了局部沸腾现象，从而使加工管的换热性能得到大幅度改善。     

振动对管内流体对流传热影响实验研究

利用实验的方法研究了水平圆管在高频低振幅的横向振动条件下,管内流体的传热特性,分析了不同振动参数对管内流体传热的影响.针对振动对传热影响的研究使用实验测量的振动加速度进行频谱分析得出共振频率.结果表明:随着振动频率的增加管内对流换热系数先增大,达到峰值(共振频率下)后迅速减小,最终趋于稳定;随着振动加速度的增大,管内对流换热系数增大,且振动频率对传热的影响要强于振动加速度.传热强度最高提升14.94%.此外,根据实验结果拟合了Nu增强率关联式,将拟合结果与实验值进行比较,误差最大在8.02%左右,可为工程实际应用提供参考.