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.      

交错管束间湿空气-水蒸发冷却特性模拟

为研究交错管束间喷淋水-湿空气及管壁-喷淋水间传热传质特性,综合考虑了喷淋水在交错管束间运动及传热传质过程,采用基于DPM （discrete phase models）与WFM （wall film models）耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了交错管束间湿空气-水蒸发冷却传热传质特性分析模型.通过文献实验数据验证了模型的可靠性,最大误差仅为1.1%;模拟了运行参数对交错管束间湿空气-水传热传质性能的影响.结果表明,空气流量对交错管束间传热传质性能的影响要比喷淋水流量对其影响更加显著,因此可适当降低喷淋水流量提高循环水泵能效;干湿球温度升高会对交错管束间传热传质性能产生不利影响,但与干球温度相比,湿球温度对交错管束间传热传质影响更大;提高喷淋水温度可以改善喷淋水膜-管壁间的Nusselt数,但管束壁面平均温度也随之升高,从而降低冷水机组的性能.上述研究成果为交错管束热力设计计算提供依据.      

Constructal optimization on T-shaped cavity based on entransy dissipation minimization

The entransy dissipation extremum principle provides new warranty and criterion for optimization of heat transfer. For a heat transfer model of a rectangular solid wall with an open T-shaped cavity, a dimensionless equivalent thermal resistance based on entransy dissipation is taken as optimization objective, and constructal optimization for the model is carried out when the system volume, the cavity volume and the volume of rectangle occupied by T-shaped cavity are fixed. Numerical results indicate that the optimal geometry construct of cavity can be schemed out based on entransy dissipation extremum principle. The formulation of dimensionless global （maximum） thermal resistance presented in a literature is modified; some new rules which are different from those reported in the literature are obtained based on the minimization of the modified objective. Comparisons of the numerical results show that the optimal system constructs deduced respectively from the two thermal resistance objectives are very different. The optimization by taking equivalent thermal resistance minimization as objective can more effectively reduce mean temperature difference of heat transfer than the optimization by taking maximum thermal resistance minimization as objective, so that the performance of heat transfer for the total system can be improved. The more freedom the cavity has, the better the total system performance is. The correlations of the equivalent thermal resistance and the maximum thermal resistance of the system and three geometric degrees of freedom are found by using function fitting.     

风冷式热泵机组结构优化设计及散热性能研究

基于ANSYS ICEM软件对风冷式热泵机组进行物理建模和网格划分,在常规工况下利用Fluent软件对运行机组进行温度场及速度场仿真模拟,分析其散热过程。针对夏季高温,风冷式热泵机组散热效率低下的问题,设计一种辅助散热系统并进行结构优化,通过水帘预冷与雾化喷淋装置强化换热过程,提高散热效率、减少散热死区,并通过实验测试不同辅助装置对机组散热性能的影响。研究结果表明,增加辅助散热系统可有效提高机组散热效率。相同的室外空气状态下,在机组的散热性能和蒸发效率方面,雾化喷淋装置相比水帘预冷装置更具优势。     

无限大平板非稳态导热过程的数字特征

对无限大平板非稳态导热过程的平均温度和耗散函数这2个数字特征进行了研究.得到了对流换热边界条件下无量纲平均过余温度的数学模型;分析了表面温度系数随特征值与毕渥数的变化规律;定义了相应的时间常数,它是衡量无量纲平均过余温度衰减速率快慢的指标;并对毕渥数取极限时无量纲平均过余温度的变化规律做了讨论.利用格林公式推导出了热势与耗散函数之间的关系,并与机械能耗散系统进行了相似性分析.得到了对流换热边界条件下耗散函数随时间的变化规律,并将其与平均过余温度的变化规律做了比较.     

增湿型空冷器喷嘴布置方式及热工特性实验

针对空冷机组在夏季高温天气不能满发的问题,采用喷雾增湿以降低入口空气的干球温度,选用波纹板式增湿型空冷器进行喷嘴布置方式、降温特性、空气侧与热水侧阻力、传热特性实验研究．对TF6喷嘴不同布置方式对空气降温效果与热水降温效果影响进行比较,选定了较优的500mm×500mm布置方式进行实验,并得到了此布置方式下TF6喷嘴喷雾波纹板式空冷器阻力降关联式和换热系数关联式．通过对喷嘴喷雾降温特性的研究,拟合得到接触系数与空气质量流速和水汽比关联式．通过对空气侧换热量精度（±4．949％）的分析,证明本实验装置和实验方法是可靠的．     

钢板超快速冷却条件下换热实验研究

采用汽雾射流冷却方式,在射流角为0°~60°时,研究了10 mm厚不锈钢板轧后超快速冷却过程中表面射流流动结构、换热区分布和钢板温降规律,分析了倾斜射流对钢板表面热流密度和冷速的影响.结果表明:射流角通过改变钢板表面滞止区和横向流区面积、水流密度、介质流动形态和流动速度,影响钢板表面换热形式和热流密度分布,进而影响超快速冷却冷速;射流角为30°时钢板平均冷速和临界热流密度均达到最大值,分别为146.5℃/s和2.75 MW/m~2.     

板式蒸发式冷凝器两相降膜流动CFD模拟及传热实验研究

建立了气-液两相流二维CFD模型,运用FLUENT软件对板式蒸发式冷凝器板束中气-液两相逆流、并流两种操作进行了模拟,直观地表征了板束中喷淋水流量、风速及风向对水膜流动的影响,并用水蒸汽对两种操作进行了传热实验研究。模拟分析得出的结论与实验结果吻合甚好,表明了空气与水并流比逆流更有利于利用液体薄膜强化传热的特性。     

Investigation of Heat Transfer in the Spray Cooling of Continuous Casting

The heat transfer coefficient between spray water droplets and hot surface is measured in the laboratory. The effect of spray water flow rate, water pressure, spray distance of nozzle from the surface of strand, spray water temperature on the heat transfer is made a detail studied. And meanwhile, the effect of the strand surface FeO scale on the heat transfer is also investigated. According to the experimental results, the influence of above factors on the heat transfer coefficient has been discussed and a experience formula between the heat transfer coefficient and spray water flow rate is given out.     

Constructal entransy optimizations for insulation layer of steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions

Based on the entransy dissipation extremum principle for thermal insulation process, the constructal optimizations for a plane insulation layer of the steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions are carried out by taking the minimization of entransy dissipation rate as optimization objective. The optimal construct of the plane insulation layer is obtained. The results show that for the convective heat transfer boundary condition, the optimal constructs of the insulation layer obtained based on the minimizations of the entransy dissipation rate and heat loss rate are obvi- ously different. Comparing the optimal construct obtained based on the minimization of the entransy dissipation rate with that based on the minimization of the heat loss rate, the entransy dissipation rate is reduced by 5.98 %, which makes the global thermal insulation performance of the insulation layer improve. For the combined convective and radiative heat transfer boundary condition, compared the insulation layer having an increasing thickness with that having constant thickness and a decreasing thickness, the entransy dissipation rates are reduced by 16.59 % and 39.72 %, respectively, and the global thermal insulation performance of the insulation layer is greatly improved.There exits an optimal constant coefficient α2,opt which leads to the minimum dimensionless entransy dissipation rate of the insulation layer. The difference between the optimal constant coefficients α2,opt obtained based on the minimizations of the entransy dissipation rate and the maximum temperature gradient of the insulation layer is small. This makes the corresponding thermal stress obtained based on the minimum dimensionless entransy dissipation rate also be small, and the global thermal insulation performance and thermal safety of the insulation layer are improved simultaneously. The results obtained can provide some guidelines for the optimal designs of the insulation layers.     

变压器用片式散热器传热结构改进的数值分析

片式散热器具有成本低、结构简单、散热效率高等优点,是保障变压器正常生产、调节工艺介质温度的关键设备,其换热性能直接影响变压器内部绕组等金属器件的使用寿命.为提高片式散热器换热性能,达到节能环保、降低能耗的目的,在模型Y方向两侧安装散热板,并在散热板上设置不同直径的穿孔,通过数值模拟的方法研究穿孔直径对散热板的辐射换热、...     

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。     

半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究

半导体制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差,而强化热端的散热与强化冷端的冷量散发有利于降低热电堆冷热端的温差,从而提高半导体的制冷效率。本文探讨了由半导体冷端提供准量进行制冷的空间温度在自然对流和强制对流状态下随时间变化的规律。结果表明强制对流有助于冷量的传递和制冷效率的提高。     

基于试验数据反馈的稳态考验回路换热系统传热性能再评价

准确衡量稳态考验回路换热系统的换热能力以及评估该能力与燃料组件辐照参数的匹配性,是保障稳态辐照考验安全有效实施的前提。本文主要针对燃料组件稳态辐照考验,结合高温高压辐照试验回路历史运行数据,建立一种面向再生式换热器传热性能的再评价方法,以准确预测试验回路应用于不同辐照考验参数的有效性。研究表明,消除运行换热器试验数据中的散热影响以及在计算中将再生段以及冷却段的换热面积裕量计算接近于0是有效开展稳态考验回路换热系统传热特性再评价的前置条件。采用同时对再生式换热器的再生段及冷却段的传热系数进行修正并开展换热能力再评价对换热器的换热功率预测准确有效,通过再评价方法在整体上获得的再评价功率相较于试验功率的平均偏差约为1.8%,远优于传统方法计算中20.7%~26.0%的偏差。传统计算功率普遍高于再评价功率,且高出的幅度与一次水流量密切相关,而受一次水的入口温度影响较弱。     

微槽板内的对流换热和流动特性

在单相强迫对流情况下,对刻有水力直径为0.133mm～0.367mm微矩形槽的微槽结构进行了换热和流动特性实验研究。研究发现,层流换热受槽道高宽比、水力直径与槽间距比值影响,而紊流换热则与水力直径、槽间距和无量纲参数Z有关,对紊流换热而言Z=0.5是最佳参数.实验表明Z对流动阻力因子亦有很大影响,层流情况下当Z为0.5时,摩擦因子或流动阻力都可达最小值;紊流流动阻力比经典理论预示值小,流动向充分发展紊流过渡的临界Re数也比常规值小。文中给出了计算换热和阻力降的经验公式。     

蒸发式乏汽凝汽器换热性能的实验研究

建立了蒸发式乏汽凝汽器性能测试平台,研究了喷淋水量及管间风速对蒸发式乏汽凝汽器换热性能的影响,结果表明喷淋水量存在最佳范围为0.4~0.5 L·m-2·s-1,且在实验研究范围内,凝汽器换热性能随管间风速的增大而增强.并在选定的喷淋水量和管间风速条件下研究了管内蒸汽通量对蒸发式乏汽凝汽器换热性能的影响.     

分离式热管小倾角蒸发段传热特性的试验研究

由于分离式热管蒸发段水平及小倾角布置的重要工程应用意义,在试验台上进行了1∶1的模型试验,对分离式热管蒸发段的传热特性进行了试验研究.试验确定了工作温度、热流密度、充液率、倾角等因素对传热特性的影响;用核态沸腾理论对蒸发管的换热特性进行了无因次分析,回归试验数据得到了无因次对流换热准则关系式,它与试验结果有很好的一致性,相对误差在15%以内.研究结果表明,随着热流密度的增加,换热系数增加;工作温度增大,换热系数也增大;倾角增加时,换热系数增大;合理充液率为65%~90%,在此范围内,充液率对换热系数的影响很小.此研究结果为大型小倾角布置的分离式热管换热器的工程设计提供了依据.     

一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管的实验研究

随着芯片集成度的提高及微型化,为了满足高热流密度电子器件的散热需求,提出了一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管,并对其传热性能进行了详细的实验研究.实验中加热功率为21～646W,对应热流密度范围为1.67～51.4W/cm2,采用去离子水为工质.研究结果表明:利用气泡泵效应虽然会增大传输过程的传输热阻,但却能有效增强蒸发腔内扰流,进而增强换热,提高临界换热热流密度;加热功率为646 W时,最小热阻为0.11℃/W;对于本装置,存在一个最佳充液高度,通过观察实验流型图可知,当上升管内为环状流时,充液高度比较合理;蒸发段热阻始终占据总热阻主要部分.研究工作为其在芯片冷却领域的应用打下了良好基础.     

凝固换热器凝固换热特性模拟分析

采集凝固热热泵系统为寒冷地区地表水等热能资源的开发利用提供了新思路,其关键设备凝固换热器的换热性能直接关系到热泵系统的供热运行效率.在介绍凝固换热器及其冬季换热工况的基础上,通过定义凝固当量换热系数比等量纲一参数,采用准稳态近似与拟合等方法,对紊流状况地表水凝固换热特性进行了模拟分析,建立了刮冰周期内平均凝固当量换热系数比的统计数学模型.结果表明:入口水温与管壁温度越低、管径与Re越小、管长越大,瞬时凝固当量换热系数比越高,而凝固换热器的平均凝固当量换热系数比在1～4变化.