小孔径圆形水射流冷却圆锥热沉的流动与传热特性
发布时间：2021-05-15 20:13
随着电子器件向高度集成化、微型化和高能耗化发展,其热流密度不断攀升,“热致失效”的电子设备故障率不断上升,冷却问题成为制约其发展的一大阻力。作为一种高效传热技术,冲击射流是处理高热流密度散热时极具潜力的手段之一。本文针对本团队提出的一种阵列式圆锥热沉结构,采用数值模拟的方法,系统地研究了小孔径圆形喷嘴水射流冲击圆锥热沉的流动和传热特性,主要工作如下:首先,建立冲击射流冷却圆锥热沉的物理模型与数学模型,简化和定义模型边界条件。对比分析冲击射流冷却平板热沉、球凸热沉和圆锥凸起热沉的文献实验数据和仿真结果,验证了冲击射流仿真常用的Realizable k-ε模型、v2-f模型、SST k-ω模型和Transition SST模型的可靠性,发现Transition SST模型可靠性最高。以喷嘴出口流动充分发展要求,通过数值模拟确定喷嘴计算长度为50倍管内径;同时,定义和优化模型其他相关边界条件以及数值计算方法。其次,系统研究了小孔径圆形射流冲击圆锥热沉的基本流动和传热特性。根据流动特点,将热沉过流区域划分为滞止区、圆锥表面射流区、圆锥边缘区和平面射流区,并通过两相分布、压...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 电子器件强化散热技术
1.3 冲击射流换热技术及其发展现状
1.3.1 冲击射流的特点及分类
1.3.2 冲击射流的研究现状
1.3.3 热沉的发展现状
1.4 本文主要研究内容
1.4.1 主要内容
1.4.2 技术路线
第二章 物理模型与数值计算方法
2.1 单射流冲击圆锥热沉的几何模型
2.2 控制体输运方程与参数定义
2.2.1 控制体输运方程
2.2.2 参数定义
2.3 湍流建模及其验证
2.3.1 常用湍流模型简介
2.3.2 湍流模型的遴选及验证
2.4 边界条件的建立及简化
2.4.1 喷嘴入口段长度分析
2.4.2 其他边界条件简化
2.5 网格划分及其敏感性分析
2.5.1 网格划分及细节说明
2.5.2 网格敏感性分析
2.6 本章小结
第三章 单射流冷却圆锥热沉的流动与传热基本特性
3.1 单射流冲击圆锥热沉的基本流动特性
3.1.1 水相分布
3.1.2 流体域的流动特性和流动分区
3.1.3 滞止区的流动特性
3.1.4 圆锥壁面射流区的流动特性
3.1.5 圆锥边缘区的流动特性
3.1.6 平面射流区的流动特性
3.2 单射流冲击圆锥热沉的基本传热特性
3.2.1 圆锥热沉温度分布
3.2.2 局部努塞尔数径向分布和分区传热特性
3.2.3 整体换热特性
3.3 本章小结
第四章 不同参数对单射流流动和传热的影响
4.1 圆锥底部夹角对单射流的影响
4.1.1 圆锥底部夹角对单射流流动的影响
4.1.2 圆锥底部夹角对单射流传热的影响
4.2 圆锥底部和顶部圆角的设计思路
4.3 圆锥底部圆角对单射流的影响
4.3.1 圆锥底面圆角对单射流流动的影响
4.3.2 圆锥底面圆角对单射流传热的影响
4.4 圆锥顶部圆角对单射流的影响
4.4.1 圆锥顶部圆角对单射流流动的影响
4.4.2 圆锥顶部圆角对单射流传热的影响
4.5 不同参数对射流流动和换热的异同比较
4.6 本章小结
第五章 多射流冷却圆锥热沉的流动与传热特性
5.1 多射流的几何模型
5.2 双射流冲击圆锥热沉的流动特性
5.3 双射流冲击圆锥热沉的传热特性
5.4 喷嘴孔目数对射流冷却性能的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同形状喷嘴的旋流冲击射流压力损失和传热特性实验[J]. 徐亮,任德祖,马永浩,兰进,高建民. 航空动力学报. 2018(11)
[2]微小单锥体热沉射流流动及换热特性研究[J]. 周嘉,唐志国,闵小滕,李海. 工程热物理学报. 2017(11)
[3]微尺度阵列射流冲击流动与换热特性研究[J]. 郑杰,张雅荣,窦益华,曹银萍,李明飞. 汽轮机技术. 2016(06)
[4]新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟[J]. 马鹏程,唐志国,刘轻轻,王元哲. 机械工程学报. 2016(24)
[5]具有针肋的狭窄空间冲击冷却实验和数值计算[J]. 饶宇,万超一,陈鹏. 航空动力学报. 2016(08)
[6]新型锥体热沉射流散热器散热性能的实验研究[J]. 李荟卿,唐志国,郝嘉欣,江超,刘轻轻. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(12)
[7]射流冲击换热表面结垢特性的实验研究[J]. 陈永昌,颜琳,孟陶,刘震,马重芳,徐志明. 中国电机工程学报. 2012(08)
博士论文
[1]冲击射流换热的大涡模拟[D]. 李永平.中国科学技术大学 2016
本文编号：3188265
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 电子器件强化散热技术
1.3 冲击射流换热技术及其发展现状
1.3.1 冲击射流的特点及分类
1.3.2 冲击射流的研究现状
1.3.3 热沉的发展现状
1.4 本文主要研究内容
1.4.1 主要内容
1.4.2 技术路线
第二章 物理模型与数值计算方法
2.1 单射流冲击圆锥热沉的几何模型
2.2 控制体输运方程与参数定义
2.2.1 控制体输运方程
2.2.2 参数定义
2.3 湍流建模及其验证
2.3.1 常用湍流模型简介
2.3.2 湍流模型的遴选及验证
2.4 边界条件的建立及简化
2.4.1 喷嘴入口段长度分析
2.4.2 其他边界条件简化
2.5 网格划分及其敏感性分析
2.5.1 网格划分及细节说明
2.5.2 网格敏感性分析
2.6 本章小结
第三章 单射流冷却圆锥热沉的流动与传热基本特性
3.1 单射流冲击圆锥热沉的基本流动特性
3.1.1 水相分布
3.1.2 流体域的流动特性和流动分区
3.1.3 滞止区的流动特性
3.1.4 圆锥壁面射流区的流动特性
3.1.5 圆锥边缘区的流动特性
3.1.6 平面射流区的流动特性
3.2 单射流冲击圆锥热沉的基本传热特性
3.2.1 圆锥热沉温度分布
3.2.2 局部努塞尔数径向分布和分区传热特性
3.2.3 整体换热特性
3.3 本章小结
第四章 不同参数对单射流流动和传热的影响
4.1 圆锥底部夹角对单射流的影响
4.1.1 圆锥底部夹角对单射流流动的影响
4.1.2 圆锥底部夹角对单射流传热的影响
4.2 圆锥底部和顶部圆角的设计思路
4.3 圆锥底部圆角对单射流的影响
4.3.1 圆锥底面圆角对单射流流动的影响
4.3.2 圆锥底面圆角对单射流传热的影响
4.4 圆锥顶部圆角对单射流的影响
4.4.1 圆锥顶部圆角对单射流流动的影响
4.4.2 圆锥顶部圆角对单射流传热的影响
4.5 不同参数对射流流动和换热的异同比较
4.6 本章小结
第五章 多射流冷却圆锥热沉的流动与传热特性
5.1 多射流的几何模型
5.2 双射流冲击圆锥热沉的流动特性
5.3 双射流冲击圆锥热沉的传热特性
5.4 喷嘴孔目数对射流冷却性能的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同形状喷嘴的旋流冲击射流压力损失和传热特性实验[J]. 徐亮,任德祖,马永浩,兰进,高建民. 航空动力学报. 2018(11)
[2]微小单锥体热沉射流流动及换热特性研究[J]. 周嘉,唐志国,闵小滕,李海. 工程热物理学报. 2017(11)
[3]微尺度阵列射流冲击流动与换热特性研究[J]. 郑杰,张雅荣,窦益华,曹银萍,李明飞. 汽轮机技术. 2016(06)
[4]新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟[J]. 马鹏程,唐志国,刘轻轻,王元哲. 机械工程学报. 2016(24)
[5]具有针肋的狭窄空间冲击冷却实验和数值计算[J]. 饶宇,万超一,陈鹏. 航空动力学报. 2016(08)
[6]新型锥体热沉射流散热器散热性能的实验研究[J]. 李荟卿,唐志国,郝嘉欣,江超,刘轻轻. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(12)
[7]射流冲击换热表面结垢特性的实验研究[J]. 陈永昌,颜琳,孟陶,刘震,马重芳,徐志明. 中国电机工程学报. 2012(08)
博士论文
[1]冲击射流换热的大涡模拟[D]. 李永平.中国科学技术大学 2016
本文编号：3188265
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3188265.html
