不同结构水冷散热器流体流动和换热性能研究

发布时间：2017-03-30 11:04

  本文关键词：不同结构水冷散热器流体流动和换热性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代机械电子技术的不断发展，各种不同功率、规格的电子设备已经在各个领域的各个方面得到了广泛地应用。电子设备在正常工作运行时会产生热量，这些热量会造成电子元件温度上升，如果不把热量及时带走，就会引起电子元件的失效或损坏。本论文正是根据粗动台平面电机线圈的散热要求，，通过理论计算和模拟仿真相结合的方式，研究在不同结构的散热器流道中流体的流动和换热性能。 首先，根据电机线圈的工况设计三种不同结构的散热器，并且给出具体的尺寸参数，分析它们各自的流道特性。其中流动介质为不可压缩的去离子水。 其次，关于流动性方面，主要从沿程压力损失和局部压力损失这两个方面分析研究散热器流道中的流动阻力。在流体流速相同的情况下，改进的串联结构造成的压力损失最大，比其它两种结构大了一个数量级，串联结构与串并联结构压力损失差别不大。由于实际流体是可压缩的，因此三种结构的理论计算值都大于模拟仿真值，不过误差不大。直道部分的流体流动比较平稳，拐角部分较为紊乱，并联部分流量分布极不均匀。 再次，关于换热性方面，不考虑热传导和热辐射的影响，主要分析研究壁面与流体的对流换热问题。通过对局部努塞尔数的计算来反映系统的换热性。在流体流速相同的情况下，串联结构的努塞尔数最大，改进的串联结构的最小，不过串联结构的散热面积最小，串并联结构的散热面积最大，在理论计算中，串并联结构的散热效果最好；模拟仿真的结果显示，为了避免温度梯度的现象，应使流体流动为湍流状态，并且直道部分由于流体流动较平稳，因而散热效果较差。 最后，为了提高系统的散热性能，对直道部分进行了结构的改进：加入翅柱结构和在底面开槽。加入翅柱可以提高流体流动的紊乱程度，使得直道部分散热效果提高了30%~50%，不过压力损失增大了4倍；底面开槽后散热面积得到进一步加大，当槽的截面积为22mm时，其计算结果与宏观尺寸下的相似，但是它属于微通道的范畴，因此宏观理论对其不适用。
【关键词】：压力损失 对流换热 沿程（局部）损失系数 努塞尔数 CFD
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN607;TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 水冷散热器的研究背景11-13
• 1.2 水冷散热器的研究现状13-17
• 1.2.1 几种典型散热器结构介绍13-14
• 1.2.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 本论文概述及主要工作17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 散热器模型的建立18-27
• 2.1 平面电机的工况18-19
• 2.2 三种不同结构的散热器19-21
• 2.2.1 串联结构散热器19-20
• 2.2.2 改进的串联结构散热器20
• 2.2.3 串并联结构散热器20-21
• 2.3 流道模型的建立与网格划分21-26
• 2.3.1 流道模型的建立21-23
• 2.3.2 数值解法23-24
• 2.3.3 流道模型的网格划分24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 流体力学分析27-54
• 3.1 流体力学基础27-33
• 3.1.1 流体力学简介27
• 3.1.2 流体的几种模型27-28
• 3.1.3 三大控制方程28-30
• 3.1.4 流动阻力与压力损失30-31
• 3.1.5 沿程损失系数与局部损失系数的确定31-33
• 3.2 压力损失的理论计算33-39
• 3.2.1 结构的分析与损失系数的设定33-36
• 3.2.2 三种结构流道的压力损失36-39
• 3.3 流体力学的仿真分析39-52
• 3.3.1 CFD 计算流体力学介绍39-40
• 3.3.2 FLUENT 软件的介绍40-41
• 3.3.3 边界条件和求解器的设置41-42
• 3.3.4 仿真结果及分析42-52
• 3.4 减小阻力损失的方法52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 对流换热性能分析54-70
• 4.1 传热学基础54-59
• 4.1.1 三种传热方式介绍54-56
• 4.1.2 对流换热问题的研究方法56-58
• 4.1.3 内部强制对流换热问题的计算方法58-59
• 4.2 三种结构的对流换热分析59-68
• 4.2.1 CHT 计算传热学介绍60-61
• 4.2.2 换热性的理论计算61-62
• 4.2.3 边界条件及求解器设置62-63
• 4.2.4 仿真结果及分析63-68
• 4.3 提高散热器换热性能的方法68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 结构的改进70-76
• 5.1 增加翅柱结构70-73
• 5.2 底面开槽结构73-75
• 5.3 小结75-76
• 第六章 结论76-79
• 6.1 全文的工作总结76-77
• 6.2 下一步工作的展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 硕士期间取得的研究成果84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：276941