微热管阵列换热器多尺度优化及其性能分析

发布时间：2021-07-10 09:21

　　本文的研究工作得到了国家自然科学基金（No.51706208）的资助。微热管阵列换热器作为一种高贴合度的强效相变传热元件,已被广泛应用于电子产品的散热。微热管内部的传热与流动现象普遍发生在自然界与各种工程领域中,覆盖了很多层级的尺度范围。将这种复杂的物理过程简单化,分别进行不同尺度层级的模拟计算越来越受重视。本文采用多尺度的研究方法分别从宏观层面和微观层面对微热管阵列换热器的性能进行分析研究,得出微热管内部换热性能的影响因素,核心研究内容及结果如下:1.建立微热管的CFD可视化数值模型,采用VOF模型和标准k-ε模型进行计算流体动力学模拟计算。分析得出微热管在30%充液率工况下换热性能最优,既不会产生干涸现象又不至于产生池内沸腾;甲醇为工质时换热效果最好,相比其他工质液膜在微热管内部分布均匀,且不产生干涸现象;微热管矩形凹槽结构相比光管结构和三角微槽结构,传热特性最好。2.建立三种类型的阵列结构的微热管,通过横向和纵向对比研究发现,热管的整体热阻Y1型最小,是常规热管的0.8%;传热系数是常规热管的10倍,整体的热管换热性能最好,从而推断出,在同等条件下,阵列微热管的换热性能主要受冷凝... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

研究路线图

2 微热管阵列换热器数值模拟研究及性能分析微热管结构简单、导热性好、稳定性高，因为管内工质流体的流动混乱变传热过程特别复杂。所以对微热管研究主要是内部工质流动状态的形成变发生机理[69]，关于热管内部工质分布状态的模拟特别少[70]。本小节建立管内汽液两相流流动的数学模型，在 VOF 模型和标准k ε模型的基础上[71究提高微热管的传热性能的方法。2.1 微热管阵列结构和工作原理微热管阵列结构是一个外形为薄板状、内部布置有多根独立运行的微的金属板，是有高效导热性能的导热元件。每个微热管阵列都包含十多个以立运行的微热管，这种结构能够解决普通热管肯定存在的接触面小和接触大的问题，极大提高了当量蒸汽的换热面积与整体热管的换热性能。

q可以用上述相似的方法求出体系中工质的所有物性参数，像动力粘度、换系数等等。实际应用中 VOF 模型也受到相应的限制：必须用压力基求解器进模拟；VOF 模型中必须包含流体，不存在不包括啊任何相态流体的情况，即系中任何位置都是介质连续的；加入体系中只存在工质流体的一种相态，则将质看成可压缩的理想气体。2.3 微热管模型的建立与网格考核2.3.1 物理模型的建立2.3.1.1 模型的建立本次数值计算分析的模型微热管是轴对称图形，以实际为基础，在进行 C数值模拟之前需要对微热管进行合理的简化，提取阵列微热管中的一个单元热管最为研究对象，简化为二维轴对称模型，如下图所示。提取一个单元

【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿[J]. 杨小虎,刘静.  科技导报. 2018(15)
[2]复合沟槽平板热管的理论建模与实验研究[J]. 杨旸,魏昕,谢小柱,胡伟.  低温与超导. 2018(02)
[3]基于芯片水冷和重力热管技术的数据中心冷却方法研究[J]. 田浩,李延春,曹小涛.  暖通空调. 2016(12)
[4]甲醇/丙酮振荡热管的传热性能研究[J]. 乔铁梁,崔晓钰,韩华,李治华.  机械工程学报. 2014(18)
[5]新型重力热管换热器传热特性的数值模拟[J]. 曹小林,曹双俊,马卫武,王芳芳,曾伟.  中南大学学报(自然科学版). 2013(04)
[6]新型微槽道平板热管的实验研究[J]. 王晨,刘中良,张广孟,张明.  工程热物理学报. 2013(04)
[7]一种微矩形槽平板热管的数值模拟和有限元热分析[J]. 刘一兵.  低温工程. 2010(03)
[8]一种铜丝结构的新型微槽道平板热管[J]. 林振玄,马琦,汪国山,刘振华.  化工学报. 2010(01)
[9]平板热管散热技术研究进展[J]. 陈金建,汪双凤.  化工进展. 2009(12)
[10]电子设备散热用平板式热管的实验研究[J]. 余莉,韩玉,曹业玲,蒋彦龙.  南京航空航天大学学报. 2008(05)

博士论文
[1]蒸发与凝结现象的分子动力学研究及实验[D]. 王遵敬.清华大学 2002

硕士论文
[1]面向大功率LED水冷散热的微型换热器设计及性能分析[D]. 侯亭波.华南理工大学 2014



本文编号：3275643