金属泡沫微流道热沉内流体流动与传热特性的数值研究

为改善高能量密度电子设备的冷却效率,提出了在微流道热沉内填充金属泡沫的新型热沉结构,并数值研究了金属泡沫的孔隙率、孔密度、材质(铜、镍及铝)、流体工质(水、乙二醇及纳米流体)等相关参数对微流道流动与换热特性的影响.研究结果表明:金属泡沫可以显著地强化微流道热沉的换热特性;添加金属泡沫后微流道热沉的换热性能可提高2倍以上;采用纳米流体与金属泡沫相结合的双重强化换热手段可以进一步地增强微流道热沉的冷却能力;在层流流动状态下金属泡沫微流道热沉可以对发热量为200 W/cm2的电子设备进行有效地冷却,表明其在高功率密度电子设备热管理领域具有广阔的应用前景.     

储热空间内支撑结构对相变结晶膨胀的影响

相变储能技术作为一种特殊的储能技术,可以将能量跨地域、跨时间储存。相变储能材料在蓄放热过程中,温度可以在一定范围内保持恒定不变,并且具有储热密度高、性能稳定、材料来源广泛、适用于各领域等优点,但应用过程中也存在一些比较棘手的问题。本文选取典型的水合盐八水氢氧化钡,针对其膨胀特性进行了实验研究及分析。实验中,在材料储能体系中添加了不同截面、不同材质和不同布置方式的支撑棒,以烧杯破损率和破损时间来量化实验方案的改进特性。通过数据对比可以明显看到,在不同截面对比中,三角形截面支撑棒组的烧杯破损率最低,为40%,时间也较迟,在145 min之后烧杯才开始破损;不同材质下,除去亚克力材质组烧杯破损率在80%,其他金属材质下的烧杯破损率都较低,其中铝组和铜组的破损率分别为10%和0%;在不同布置方式下的降温实验中,除了一点式、两点式之外,其他排布方式下烧杯的破损率均为0%,材料降温速率也较快。最后,基于实验数据的对比,首次对相变材料成核趋向性及膨胀机理进行了分析,为水合盐相关研究及工程设计应用提供了可靠的数据及理论参考。     

金属泡沫内纳米流体强化传热研究

金属泡沫集优良的力学、声学、电磁学和传热学性能于一体,易于集成换热器和散热器。本文基于局部非热平衡模型对纳米流体在金属泡沫内的双强化换热效果进行了数值研究,分析了泡沫形态参数和纳米颗粒浓度对其流动和换热的影响。研究了以水作为基本介质的纳米流体在金属泡沫内流动时的二次项效应、热弥散效应以及局部非热平衡效应,比较了不同模型对强化换热效果的影响。结果表明,换热随孔隙率减小或孔密度增加而逐渐增强,纳米颗粒使流体压降和换热性能都增加;对于含纳米颗粒的水,在金属泡沫内对流换热的惯性效应和热弥散效应在流速较大时更明显;局部非热平衡特性在固体导热系数较大时比较明显。