间隔扇形凹穴型微通道流动与传热的数值模拟

用FLUENT软件模拟了三维间隔扇形凹穴型微通道流体层流流动与传热的情况,与等直径矩形微通道进行对比.结果表明:间隔扇形凹穴型微通道由于间隔段的存在降低了通道的整体压降,摩擦系数比f/f0<1;间隔段的长度明显影响微通道的传热性能,长度越长,传热恶化效果越明显.引入强化传热因子(Nu/Nu0)/(f/f0)0.290 9,当Re>200时通道1、2的(Nu/Nu0)/(f/f0)0.290 9均大于1,说明其综合传热性能优于矩形微通道.     

双层热源双层通道内流体流动与传热特性

为了应对集成电路中日益严峻的热问题,数值模拟了双层热源双层微通道结构内流体的流动及传热特性,将其与单层热源单层微通道进行对比分析,发现上下通道层之间的相互影响使得上层通道加热面温度降低2℃左右,下层通道热阻减小10%左右.而后以减小对流热阻的角度出发,对整体结构的传热性能进行优化,在原有矩形通道基础上布置圆形针肋以及扇形凹穴,发现此种新型通道使得下层加热面温度降低11℃左右,热阻减小,系统性能提高.     

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.     

微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO2-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究. 模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2 × 106 W/m2 . 结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降. 纳米流体的传热性能强于水;随着TiO2纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

进出口方式和槽道形状对微散热器内流量分配与传热的影响

为得到散热效果比较好的等截面矩形微散热器,设计了不同的进出口布置方式和不同的进出口槽道形状,并采用数值模拟的方法对微散热器内流量分配和传热特性进行了研究.结果表明进出口布置方式对微散热器内通道流量分配有很大影响:进出口槽道形状为矩形的微散热器流体流动分布较好;三角形槽道微散热器流体流动分布相对较差,其流动机理可归结为分流与摩擦阻力的相互作用;I型矩形槽道微散热器无论是传热性能还是流阻特性均优于C型及Z型微散热器,具有优越的强化传热特性,能满足高热流密度的微电子器件的冷却需求.     

凹槽型微通道内液体流动换热特性的实验研究

微通道热沉是解决微机电系统电子元器件冷却问题的有效途径.为提高微通道热沉的传热性能,设计2组不同水力直径的微通道热沉,分别在其流道壁面加工三角形凹槽和扇形凹槽.搭建微通道内液体单相流动与换热实验平台,以去离子水为流体介质,实验测试不同流量下微通道热沉的进出口液体压力、温度和加热面温度.以微通道流动压降、摩擦常数、加热面...     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×106W/m2.结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

基于横断扰流结构微通道的数值仿真优化

横断扰流结构微通道热沉是新型微通道结构的一种,其具体构型是在割断的直通道横断区布置扰流元,通过其对横断区流体的扰流冲击作用强化整个微通道的对流换热,扰流元与直通道段的长度、宽度及位置关系对微通道内流体流动与换热有重要影响.针对横断扰流结构微通道单相液体流动与传热特性,通过CFD计算流体力学模拟与分析软件进行全通道三维数值模拟.模型采用有限容积法、SIMPLE算法进行层流计算.计算及分析结果显示,当微通道进出口段均为5 mm、换热段为10 mm时,横断扰流结构微通道的最优换热尺寸为:L1/L2=4.187 5且L2=0.4 mm,W1=W2=0.35 mm,0.5H2/H11.     

回转式空气预热器传热元件传热与流动三维数值模拟

为提高回转式空气预热器的传热性能,降低其流动阻力,需要对其内部的传热元件进行板型的优化设计。利用计算流体力学软件fluent,对回转式空气预热器几种常用传热元件的传热与流动问题进行了三维数值模拟研究。对模拟数据进行分析,得到了不同传热元件的传热特性及阻力特性曲线,通过对具体模拟数据的对比分析发现:带波纹的传热元件的换热效果较由光板组成的传热元件好;随着板型当量直径的减小,单位体积的换热面积逐渐增大,传热元件的换热效果不断提升,流动阻力不断增大;同类型板型的几何参数对其传热特性及阻力特性有较大影响。模拟结果可为传热元件的选型优化以及回转式空气预热器的设计计算提供基础数据。     

微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130μm和120μm,槽栅的宽度分别为176μm和350μm,微槽的高度分别为640μm和1000μm,相应的热阻分别为0.4857K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。     

Numerical study on flow and heat transfer characteristics of microchannel designed using topological optimizations method

Microchannel has demonstrated advantages in the thermal management of integrated chip. In this study, the topology optimization method is applied for designing a topological microchannel to optimize the performances of both heat dissipation and pressure drop. To validate the performance of the topological structure, the flow and heat transfer characteristics of topological microchannel under non-uniform heating flux are numerically studied. The topological structure is designed to cool a heating area of 10 mm × 10 mm with 4 hotspots. Heat flux is 40 W/cm~2 in the hotspot area, while it is only 15 W/cm~2 in the rest heating area. The results of heat dissipation performance and pressure drop are compared with those of conventional straight microchannel. Numerical result shows that, compared to the straight microchannel, the hotspot temperature and pressure drop of topological microchannel can be reduced by 4 and 0.6 k Pa, respectively, under the flow rate of 2.2×10~(–4) kg/s. The coefficient of performance(COP) of topological microchannel can be 16.1% better than that of straight microchannel, which can be attributed to the effects of optimized bifurcation and confluence structural of topological microchannel.     

基于FLUENT的热管换热器纵向冲刷方式模拟

利用CFD软件FLUENT对流体在热管换热器中纵向冲刷方式进行数值模拟,对流场中压降、温度等参数进行了分析。结果表明,在相同情况下纵向冲刷时的流体压降小于横向冲刷,但纵向冲刷时传热效果较差;纵向冲刷时流体压降受管间距与热管长度等因素的影响,并且与热管长度成正比。在热管上加装纵向翅片可有效地改善流体纵向冲刷的换热效果,并且使流场内温度分布更为均匀。     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究

为探讨波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热的效果,利用计算流体力学软件Fluent数值模拟了波纹管在管内流体发生周期性速度变化条件下的传热和阻力特性．模拟的边界条件为：管壁温度293K;管内工质为水,入口温度333K,平均流速0．02m／s,脉动频率厂分别取2、4、5、8、10Hz,振幅A分别取0．2、0．4、0．6、0．8、1;出口压力为0．通过分析传热强化系数、沿程阻力增强系数、效应评价准则数,结果显示：管内脉动流既能强化波纹管的传热也会弱化传热;相比稳态流条件,传热最大能被强化约5．9％;脉动流会增大波纹管的沿程阻力;综合考虑传热的强化作用和流动阻力的增加,在A≥O．8且,≥4Hz条件下,管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果;脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因．     

油封低温冷却器折流板开孔的传热性能

针对油封低温冷却器压降较大的问题,利用计算流体动力学（CFD）软件Fluent分析油封低温冷却器折流板开孔对冷却器流场和传热性能的影响.首先探讨不同折流板数量、壳程流速等参数对折流板开孔引起的传热性能及压降变化规律,其次分析折流板开孔对冷却器综合性能的影响,最后探寻折流板开孔后冷却器传热性能和压降关系的内在联系.结果表明,折流板开孔引起油封冷却器压降和传热系数的显著变化,且压降比传热系数变化更明显,折流板开孔后压降减少40%50%,而传热系数也降低了15%20%.在等换热面积和等压降情况下,折流板开孔冷却器传热系数可以提高10%左右.     

一种特殊形式的螺旋折流板换热器

介绍了一种具有特殊折流形式的螺旋折流板换热器。其特征是:将带有侧倾角α和后倾角β 的准扇形平面板通过三角形阻流板交叉搭接, 在壳侧形成近似的螺旋面, 折流板周边呈连续螺旋线。后倾准扇形板结构可减小常规螺旋折流板对流体的反压, α和β 可实现对螺距的双重调节, 同时减轻阻流板面积较大时流体流动所产生的类似弓形折流板的局部阻力。此种折流形式可以保证在极大限度降低阻力的同时提高传热效率,使单位压降的传热系数即换热器的换热与阻力综合性能得以提高, 从而达到节能及节材的目的。