错位翅片型水冷散热器流动与传热性能研究

发布时间：2017-09-03 12:38

  本文关键词：错位翅片型水冷散热器流动与传热性能研究

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【摘要】：近年来,随着轨道交通和高铁的快速发展,电力电子设备正在向着高性能、大功率与小型化的方向发展。这就导致了设备的当量热流密度显著增大,传统的风冷与水冷散热方案已经不能满足其散热要求。在大功率电力电子设备散热领域,错位翅片型水冷散热器以其优良的换热性能越来越受到人们的青睐。本文针对用于动车组整流器的错位翅片型水冷散热器,采用数值模拟的方式对此类型散热器流动与传热性能进行分析。主要工作内容如下:(1)对流体不同质量流量下平直翅片型、间断顺排型及错位翅片型散热器进行数值模拟。结果表明错位翅片型散热器具有较强的换热能力,适用于大功率电力电子设备的散热,同时也伴随着较大的阻力损失。平直翅片型与间断顺排型散热器受限于自身的换热能力,并不适用于大功率电力电子设备的散热。(2)针对三种散热器随流体质量流量的变化趋势,引入场协同理论,从速度场与温度梯度场协同程度的角度,分析散热器换热性能变化的内在机理。研究表明,对于同一模型来说,流体流速的增大会降低流体的场协同性;对于同等流速下的模型来说,扰动越大的模型,其流体的场协同程度越高,换热性能越好。(3)利用控制变量法,研究了错位翅片型水冷散热器的各结构参数对散热器流动与传热性能的影响,并分析了其内在原因。对散热器性能影响较大的因素为翅片间流道宽度、翅片间流道高度以及两排翅片间隔长度。这些参数所带来的影响集中体现在对流体流速、流体扰动程度以及散热器传热面积的影响。这三个因素对错位翅片型散热器的性能影响较大。(4)流体在散热器内流动时,翅片的整体布局决定了流体在散热器内的速度分布,进而影响散热器加热面的温度均匀性。从温度均匀性的角度对散热器进行结构优化,在散热器两端加装翅片能够有效的解决散热器温度不均匀的问题。(5)矩形流道的边角处会出现较厚的边界层。从边界层的角度对散热器结构进行优化。对边角进行倒圆角处理,能够有效的减薄边界层。
【关键词】：电力电子设备 错位翅片型水冷散热器 数值模拟 场协同理论 温度均匀性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 电力电子设备的散热技术简介8-11
• 1.2.2 水冷散热器简介11-12
• 1.2.3 国外现状12-13
• 1.2.4 国内现状13-14
• 1.3 研究内容14-16
• 2 错位翅片型水冷散热器数值分析16-28
• 2.1 物理模型的建立16-17
• 2.2 周期性边界条件17-19
• 2.3 数值求解19-27
• 2.3.1 湍流模型的选取19-21
• 2.3.2 壁面处理21
• 2.3.3 数值求解方法21-22
• 2.3.4 网格无关性验证22-26
• 2.3.5 模型的可靠性分析26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 错位翅片型水冷散热器流动与传热性能分析28-37
• 3.1 三种散热器模型的数值模拟28-33
• 3.2 散热器换热性能的场协同分析33-36
• 3.2.1 对流传热的场协同理论33-34
• 3.2.2 数值计算结果分析34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 4 结构参数对散热器性能的影响37-52
• 4.1 翅片厚度对散热器性能的影响37-39
• 4.2 翅片间流道宽度对散热器性能的影响39-42
• 4.3 翅片间流道高度对散热器性能的影响42-44
• 4.4 翅片间流道长度对散热器性能的影响44-46
• 4.5 翅片间隔长度对散热器性能的影响46-48
• 4.6 翅片角度对散热器性能的影响48-50
• 4.7 本章小结50-52
• 5 散热器的优化52-58
• 5.1 结构优化52-56
• 5.2 倒角优化56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58
• 6.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63

【参考文献】

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本文编号：785080