方柱微结构芯片射流冲击流动沸腾换热实验研究

对喷射条件下的电子芯片在FC-72中的流动沸腾换热进行了研究,并和同工况下的光滑芯片作了对比.实验选取的工况如下:过冷度为25、35℃;横流速度Vc为0.5、1、1.5m/s;喷射速度Vj为0、1、2m/s.实验采用的硅片尺寸为10mm×10mm×0.5mm,通过干腐蚀技术在其表面加工出30μm×120μm、50μm×120μm的方柱微结构.实验表明,所有芯片的换热性能都随过冷度和流速的增加而提高,方柱微结构能明显地强化芯片换热,而射流冲击进一步提高了芯片在高热流密度下的换热性能.同一横流速度下,喷射速度越大,换热性能越好,尤其是Vc=0.5m/s、Vj=2m/s时,强化效果最显著.随着横流速度的增加,射流冲击的强化效果减弱,临界热流密度值增幅减小.     

微小孔径旋转冲击射流换热特性的数值模拟

采用数值模拟方法模拟了旋转冲击射流的换热过程,分析了换热过程中喷射孔径、喷射间距、旋转角速度以及流场分布特性对冲击射流换热的表面传热系数与平均换热效果的影响.结果表明:相同雷诺数下,3 mm孔径射流的平均换热效果比6 mm孔径的强;大孔径射流时的平均传热系数受角速度的影响要比小孔径时大;角速度的增加使换热板上的最大换热系数减小且由驻点向外偏移;旋转使板上的换热更加均匀,表现为角速度越高,平均表面传热系数曲线越平坦.     

缝隙冲击射流换热数值模拟

采用标准k-ε模型对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.考虑冲击区对流换热的因素有射流的速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴的宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、冲击板的温度及水温等.研究结果表明:射流速度对冲击区的换热影响最显著,其次是水温及喷嘴的宽度,而射流出口速度方向与冲击板的夹角只影响局部换热系数的分布.     

半封闭圆管冲击射流湍流换热数值模拟

采用标准κ-ε模型、RNGκ—ε模型结合壁面函数以及低雷诺数κ—ε模型，对半封闭圆管冲击射流流场的平均速度、湍动能分布和Nu数分布进行了数值计算，并将此3种模型的计算结果与文献中的测量结果进行了比较．结果表明：3种湍流模型都未能完全准确地预测冲击射流场的流动特性与传热特性，其中标准κ—ε模型和低雷诺数κ—ε模型的结果很差，而RNGκ—ε模型的结果与其它两种模型相比更接近实验值。     

圆形喷嘴内部结构对射流冲击换热性能的影响

研究了内部结构分别为柱状和锥状喷嘴的射流冲击换热性能.在初始条件和边界条件相同的情况下,利用计算流体力学软件Fluent对两种喷嘴的冲击换热过程进行了热流耦合模拟.对流固交界面的压力、剪切力、湍流强度、对流换热系数等流场和温度场数据进行对比分析.模拟结果表明,锥状结构喷嘴的射流冲击换热性能明显优于柱状结构的喷嘴.所得结论对热轧钢超快速冷却设备喷嘴的设计具有指导意义.     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

圆形浸没射流冲击下有关压力梯度的理论分析

对圆形轴对称射流冲击下的轴向、径向压力梯度值进行了理论计算、就引射、局部换热系数径向分布峰值出现的位置及机理进行了分析、讨论,计算结果与浸没射流的实验结果符合较好,压力梯度的存在决定了浸滑射流的径向换热分布形状,而Ｒｅ数只是控制其换热的强弱。     

制冷换热设备的传热及传热强化

综述了制冷换热设备特点及其传热过程.强化制冷换热效果的途征和措施     

四喷嘴圆形冲击射流局部传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对喷嘴组圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(2≤H/D≤8),在4×103≤Re≤1.0×104范围内,进行了局部传质/传热实验,研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同Re数对喷嘴组圆形射流局部换热特性的影响.研究结果表明,实验条件下,喷嘴组空气射流局部Na数呈对称分布,在附加驻点区换热与驻点区有所不同,被冲击表面中心处的换热处于最不利的位置.对喷嘴组中每一个射流而言,换热系数沿径向的变化与单个圆形射流的变化不同,靠近被冲击面中心的一侧换热系数下降较快.     

L12378圆形射流冲击和浸没冷却传热

以最新微电子设备冷却剂L12378为工质,首次试验研究了用圆形自由射流冲击模式电子芯片的局部对流换热的情况,测定了驻点换热系数的径向分布,发现驻点换热随射流Re数和热流密度的增加及喷嘴直么和喷距的减小而增强,自然对流数据表明小尺寸换热率比预算值高出3倍,严格按照沸腾传热试验程序得到了过冷度为24K时的池沸腾传热曲线。     

强化对流换热场协同唯象理论

根据现代热力学流与力的热力学线性唯象关系，导出了对流换热强度与流体中存在的各种内场及外场的关系，从唯象上阐明了降低热边界层厚度、增加流体优动和增加近壁面速度梯度的强化对流换热方法的物理机制。结果表明，强化对流换热的本质是控制内场和外场方向的协同，并从此可指导发展强化对流换热的新方法。     

翅片阵列对翼面的冲击换热影响数值模拟研究

曲面冲击换热在飞机机翼前缘防除冰上有着广泛应用.为了进一步提高翼型前缘防除冰性能,采用数值模拟依次探索了不同翅片阵列在平板和曲面上的冲击换热特性.平板模型的翅片阵列包含8片、12片直翅片以及12片弯翅片3种结构;曲面模型包括8片短翅片和8片长翅片两种阵列结构.仿真结果表明：在平板和翼型曲面上添加翅片阵列可以显著提高模型在不同雷诺数下的射流冲击换热性能;与无翅片相比,翼面上的换热效果整体提升高达4%～10%,其中在驻点位置处的强化换热效果最为明显.深入分析发现,引入的翅片阵列一方面增大了强化换热面积,同时也改变了冲击射流流动结构,从而增强了射流冲击换热的效果.     

射流纵向涡强化换热的数值模拟

为研究射流引起的纵向涡对流动和换热性能的影响,采用数值方法模拟了三维矩形通道内有射流从底面进入时的定常、不可压层流对流换热,得到了纵向涡影响下的速度场和温度场以及沿流动方向局部Nusselt数的分布.以场协同原理为指导,分析了射流纵向涡强化换热的原因,并进一步研究了射流角对纵向涡的换热强化效果的影响.结果表明 纵向涡改善了通道内速度场和温度场的协同关系,强化了对流换热; 射流垂直底面入射时,纵向涡的换热强化效果较好.     

EHD强化沸腾换热的模型分析

在分析沸腾及EHD强化换热理论的基础上,结合R11工质在垂直管内受直流高电压作用下的沸腾换热试验数据,提出EHD强化沸腾换热的数学模型;模型计算与试验结果的相对误差小于±30%.     

平板尺寸对NexGen燃烧器冲击射流换热特性的影响研究

NexGen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定的用于动力装置防火试验的燃烧器。为了研究平板尺寸L与冲击间距Z之比(L/Z)为4、5和6的情况下对平板的温度、努塞尔数和热流分布的影响,采用商用Fluent软件模拟了NexGen燃烧器火焰射流冲击平板的过程,分析了火焰冲击平板的流场;并对不同L/Z下平板的表面温度、努塞尔数和热流的分布规律进行了研究。同时,对平板表面危险点的分布情况做出了预判,得出危险点主要集中在以平板几何中心为中心的0.15 m×0.2 m范围内。     

实际叶型前缘冲击冷却换热的液晶显示实验研究

采用液晶显示技术,对两种实际叶型的前缘凹面的模拟表面在大冲距范围内进行了射流冲击热实验,并与半圆凹面的换热进行了比较.研究结果表明,在小冲击距时,随着冲击面曲率的增大,滞止区内的换热较之半圆面有所增强;在实验参数范围内,两实际叶型表面的Nus比半圆面约高12%;对于相对喷嘴间距为227的情况,所研究的3种曲面的Nus随相对冲距的变化存在一个极值点;对于相对喷嘴间距为135的情况,未发现有极值点.此外,还给出了换热准则关系式     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

EHD强化凝结换热研究的进展与现状

综述了国内外ＥＨＤ强化凝结换热的理论和试验研究成果,概括了以往研究的特点,指出了今后在该领域的研究方向。     

介电流体的EHD强化凝结换热实验研究

在自行设计组装的基于朗肯循环的低温余热发电模型的基础上,以CFC11为工质,进行了介电流体的EHD强化凝结换热的实验研究,得出了不同温度下凝结换热系数,热流密度与外施电压之间的关系,并对外施电场的功耗进行了分析,为EHD冷凝强化换热理论研究的扩展提供了一定的依据.     

缓进给磨削时磨削弧区径向射流冲击强化换热技术的应用

在分析缓进给磨削时烧伤机理的基础上,提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想,并通过传热学基础实验研究了射流冲击强化换热的传热特征,研制了能实现磨削弧区径向射流定向冲击强化换热的工艺装置,并通过缓进给断续磨削实验其换热效果,结果表明,射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法,且弧区径向射流速度越高,换热效果越好,在解决难加工材料磨削烧伤方面具有广阔的应用前景。