多孔泡沫金属散热模型内部流动和换热特性研究
发布时间：2021-07-16 14:35
多孔泡沫金属具有密度小、比表面积大、机械强度高等特点,其用于散热设备可以提高散热器的传热性能,减小散热器的体积。本文以电子芯片的冷却为原型,对多孔泡沫金属散热器内部流动特性和传热特性进行了模拟和实验研究。首先,为了凸显泡沫金属散热器的特点,选用相同参数（体积和换热面积一样）下的传统矩形直肋散热器作为对比和参考,基于三维层流、有内热源的稳态对流换热问题进行了数值模拟,并对矩形散热模型的计算结果进行三个方面的分析:传热特性（温度场和对流换热的强弱）、流动特性（速度场和阻力特性）、综合性能评价（底板温度均匀性和散热器效益）。其次,对三维随机泡沫模型的生成及其特点进行介绍,验证了模型的均匀性。同样对不同孔隙率的相似泡沫几何进行数值模拟,结果的分析方法与直肋模型一致。提出多孔模型的性能评价指标,寻求研究范围内的最优多孔结构。随后以孔隙率为65%的泡沫几何为对象,对泡沫金属在恒功率加热板的散热模型中的对流换热问题进行实验研究,通过底板上测点温度及流体压力损失与数值结果的对比,验证了模拟在一定程度上的可靠性。最后,分别从边界层理论和场协同理论阐释了泡沫金属强化换热的机制,这对于改善散热器散热性能、指...
【文章来源】：天津商业大学天津市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容与参数示意图
的一个方法是扩展换热面的换热面积，翅片的应用正是为了采用结构化的翅片形式，如截面是矩形的直肋翅片、截面是形肋等，这些翅片的特点是肋片具有比较规则的形状，并一定的规律性。其中，矩形直肋片是生产生活中最常用的类结构简单、容易生产，而且具有不错的散热效果。要模拟分析传统等截面(矩形)直肋的对流换热情况，通过分热量传递、流动特性等，旨在介绍肋片扩展表面强化换热的内容做铺垫。需要说明的是，热源采用恒定功率的加热方式恒定热流和恒定壁面温度的边界条件，使研究更接近真实情肋翅片散热模型模型参数研究属于机理性质的探索，故并没有遵照芯片冷却的实际尺 75mm、宽度 45mm、高度 20mm 的均匀加热板代替芯片热持为 200W。
之前和之后采用渐扩、渐缩的结构作为连接，以，主要涵盖流体流动和能量传递（热量交换）两，为方便处理数据，坐标原点(0,0,0)设置于图 2-1表 2-1 矩形截面直肋及加热板尺寸参数Table 2-1 Parameters of rectangular fin and heating plate宽度 bmm)翅片宽度 c(mm)翅片间距 d(mm)翅片高度 e(mm)45 2.625 5.85 20 孔介质，其孔隙率定义为通道体积与总体积的比值。数学描述型如图 2-2，流体水由左侧入口处进入到换热器，所有热量均由水从右侧出口带走。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针型管换热器换热性能与阻力特性试验研究[J]. 余永峰,张文斐,周屈兰,肖中,李娜,马晓天. 节能. 2018(05)
[2]基于新型换热评价指标的管壳式换热器折流板结构优化[J]. 郑平,王嘉迪,陈旭. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]基于场协同原理的泡沫金属热沉流动换热特性模拟[J]. 张东辉,吴明发,张凤梅,孔为. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[4]亲油多孔介质残余油膜的微观运移机理[J]. 谷建伟,张文静,张以根,黄迎松. 东北石油大学学报. 2014(01)
[5]部分填充金属泡沫水平管内沸腾实验研究[J]. 杜艳平,屈治国,徐会金,赵长颖,何雅玲,陶文铨. 工程热物理学报. 2010(10)
[6]泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟[J]. 刘晓丹,冯妍卉,杨雪飞,张欣欣. 中国电机工程学报. 2010(14)
[7]恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析[J]. 施玉,李菊香. 低温与超导. 2009(07)
[8]流体层流横掠多孔介质中等温平板的边界层分析[J]. 王景灏,李菊香. 大庆石油学院学报. 2009(01)
[9]流体在超轻多孔金属泡沫中的流动和换热特性[J]. 纪献兵,徐进良. 化工学报. 2009(01)
[10]蜂窝夹套流动与换热的数值模拟及其结构优化[J]. 范琦,尹侠. 化工进展. 2009(01)
博士论文
[1]多孔材料传热特性分析与散热结构优化设计[D]. 张永存.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]微通道冷板换热器流动与换热特性研究[D]. 唐晓龙.中原工学院 2018
[2]部分填充环状泡沬金属的管内流动冷凝传热研究[D]. 郑功杭.东南大学 2018
[3]泡沫材料强化传热及流动性能研究[D]. 雷鸿.重庆大学 2017
[4]错位翅片型水冷散热器流动与传热性能研究[D]. 赵帅帅.重庆大学 2016
[5]通道内二次流强化传热特性的数值分析[D]. 王丹.河北工业大学 2014
本文编号：3287198
【文章来源】：天津商业大学天津市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容与参数示意图
的一个方法是扩展换热面的换热面积，翅片的应用正是为了采用结构化的翅片形式，如截面是矩形的直肋翅片、截面是形肋等，这些翅片的特点是肋片具有比较规则的形状，并一定的规律性。其中，矩形直肋片是生产生活中最常用的类结构简单、容易生产，而且具有不错的散热效果。要模拟分析传统等截面(矩形)直肋的对流换热情况，通过分热量传递、流动特性等，旨在介绍肋片扩展表面强化换热的内容做铺垫。需要说明的是，热源采用恒定功率的加热方式恒定热流和恒定壁面温度的边界条件，使研究更接近真实情肋翅片散热模型模型参数研究属于机理性质的探索，故并没有遵照芯片冷却的实际尺 75mm、宽度 45mm、高度 20mm 的均匀加热板代替芯片热持为 200W。
之前和之后采用渐扩、渐缩的结构作为连接，以，主要涵盖流体流动和能量传递（热量交换）两，为方便处理数据，坐标原点(0,0,0)设置于图 2-1表 2-1 矩形截面直肋及加热板尺寸参数Table 2-1 Parameters of rectangular fin and heating plate宽度 bmm)翅片宽度 c(mm)翅片间距 d(mm)翅片高度 e(mm)45 2.625 5.85 20 孔介质，其孔隙率定义为通道体积与总体积的比值。数学描述型如图 2-2，流体水由左侧入口处进入到换热器，所有热量均由水从右侧出口带走。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针型管换热器换热性能与阻力特性试验研究[J]. 余永峰,张文斐,周屈兰,肖中,李娜,马晓天. 节能. 2018(05)
[2]基于新型换热评价指标的管壳式换热器折流板结构优化[J]. 郑平,王嘉迪,陈旭. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]基于场协同原理的泡沫金属热沉流动换热特性模拟[J]. 张东辉,吴明发,张凤梅,孔为. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[4]亲油多孔介质残余油膜的微观运移机理[J]. 谷建伟,张文静,张以根,黄迎松. 东北石油大学学报. 2014(01)
[5]部分填充金属泡沫水平管内沸腾实验研究[J]. 杜艳平,屈治国,徐会金,赵长颖,何雅玲,陶文铨. 工程热物理学报. 2010(10)
[6]泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟[J]. 刘晓丹,冯妍卉,杨雪飞,张欣欣. 中国电机工程学报. 2010(14)
[7]恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析[J]. 施玉,李菊香. 低温与超导. 2009(07)
[8]流体层流横掠多孔介质中等温平板的边界层分析[J]. 王景灏,李菊香. 大庆石油学院学报. 2009(01)
[9]流体在超轻多孔金属泡沫中的流动和换热特性[J]. 纪献兵,徐进良. 化工学报. 2009(01)
[10]蜂窝夹套流动与换热的数值模拟及其结构优化[J]. 范琦,尹侠. 化工进展. 2009(01)
博士论文
[1]多孔材料传热特性分析与散热结构优化设计[D]. 张永存.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]微通道冷板换热器流动与换热特性研究[D]. 唐晓龙.中原工学院 2018
[2]部分填充环状泡沬金属的管内流动冷凝传热研究[D]. 郑功杭.东南大学 2018
[3]泡沫材料强化传热及流动性能研究[D]. 雷鸿.重庆大学 2017
[4]错位翅片型水冷散热器流动与传热性能研究[D]. 赵帅帅.重庆大学 2016
[5]通道内二次流强化传热特性的数值分析[D]. 王丹.河北工业大学 2014
本文编号：3287198
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