【摘 要】
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随着微型化器件的出现,高密度微型器件的散热冷却问题的解决是设备性能及工作寿命的保障。传统的换热器温度分布不均匀,流动存在死角,探索新的微尺度换热模式势在必行。因此,本文在前人的基础上提出一种用于冷热流体交换的微管换热器,即冷热管群水平置于充满介质水的封闭圆腔内进行换热。首先探究圆腔内冷热管管间距、排列方式、瑞利数对管群外自然对流强度的影响。结果表明,在不同的管间距下,管群的自然对流换热效果有差异性
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随着微型化器件的出现,高密度微型器件的散热冷却问题的解决是设备性能及工作寿命的保障。传统的换热器温度分布不均匀,流动存在死角,探索新的微尺度换热模式势在必行。因此,本文在前人的基础上提出一种用于冷热流体交换的微管换热器,即冷热管群水平置于充满介质水的封闭圆腔内进行换热。首先探究圆腔内冷热管管间距、排列方式、瑞利数对管群外自然对流强度的影响。结果表明,在不同的管间距下,管群的自然对流换热效果有差异性,瑞利数Ra在2700-5400之间时,最优管间距S在2d-2.5d之间。在不同排列方式下,当Ra在5400-270000之间以及小于2700时,斜排换热效果最为突出;当Ra在2700-5400之间时,横排换热效果最佳;当Ra大于270000时,竖排平均努塞尔数Nuave最大。此外,给定管间距及排列方式下,管群的Nuave随着Ra的增大而增大。除管群外,对方腔单管进行模拟,得到当Ra大于2×10~5,热管的Nuave随着方腔的倾斜角度的增加而减小。其次,通过动网格技术研究了振动对换热的影响。模拟得出,随振幅的增加,热管的换热性能逐渐提高,但提升幅度有限。频率在0-10 Hz之间,Nuave几乎不变,在10-50 Hz之间,Nuave随着频率的增加而增加,提升幅度不超过10%;当频率超过50 Hz时,Nuave提升速率大幅增加。另外,当施加相同振动,Ra为2700比Ra为270的Nuave提高了57.14%,增幅比未施加振动的增幅多10.74%。以振动雷诺数表示时,Rev小于5时,Nuave的提高较小,随着Rev大于5以上,Nuave数急剧增大。最后将仿真结果与Lemlich提出的单管振动强化关联式曲线对比,发现曲线趋势一致,但本文中,振动引起的强迫对流项与自然对流项比值小于8时,强化倍数几乎为1,比值大于8时,倍数急剧上升,最大强化倍数为3.16。
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