發(fā)布時間：2017-04-27 23:04

  本文關鍵詞：物理幾何條件對多熱源小空間自然對流換熱的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會的不斷發(fā)展,生活水平的不斷提高,小型電子設備已經走進日常生活的細枝末節(jié)中,電腦、電視、移動電話等充斥著人們的生活,成為了現在社會不可或缺的一部分,同時,其可靠性成為了人們關注的焦點。據統(tǒng)計,電子設備內部溫度過高是其失效的主要原因。因此,為了滿足我國社會和人們生活的需要,為了讓小型電子設備能更好的服務于我們的生活,對小型電子設備進行有效散熱,是確保電子產品的可靠性的關鍵。本文以小型電子設備散熱為背景,對從中抽象出的含有內熱源的封閉方腔內自然對流換熱問題進行了數值模擬和實驗研究。利用ANS YS軟件,對抽象出來的含內熱源的封閉方腔進行了幾方面的研究,分別模擬了改變腔體的長寬比、改變熱源高度尺寸、改變熱源在水平方向位置和改變熱源在豎直方向的位置這四類問題,分析換熱特征。采用激光全息干涉照相技術和煙可視化方法對模擬的典型工況進行實驗研究,分析傳熱機理。通過對比模擬結果和實驗結果總結出封閉方腔內自然對流換熱規(guī)律,為進一步優(yōu)化設計提供技術參考。本文首先利用ANSYS軟件對含雙內熱源的封閉長方體腔內自然對流換熱問題進行了數值模擬研究,得到如下結論:在封閉腔內高溫熱源與低溫壁面的溫差為5℃,即Ra為3000的工況下,封閉腔內介質呈穩(wěn)定流動狀態(tài)。當封閉腔長高寬比較小時,溫度分布變化較明顯,垂直于短軸的速度向量場不出現渦卷現象;當長高寬比增加到2:1:1時,腔內出現兩個渦卷,且分布在雙熱源兩側,當長高寬比增加到4:1:1時,腔內出現4個渦卷,分布在雙熱源兩側和中間,且長高寬比較大時,溫度分布變化較小.垂直于長軸的截面隨著長高寬比的增加,渦卷變寬;通過監(jiān)測頂面平均Nusselt數可以得出,隨著長高寬比的增大,頂面平均Nusselt數逐漸減小,即在長高寬比較小的時候,頂面的對流換熱效果較好。在長高寬比為1:1:1工況下,腔內熱源高度越高,溫度分布變化越明顯,垂直于短軸的速度向量場中,無論熱源高度如何變化,均未出現完整渦卷現象;在垂直于長軸的速度向量場中,隨著熱源高度的增加,渦卷逐漸增大。通過監(jiān)測頂面平均Nusselt數可以得出,隨著熱源高度的增加,頂面平均Nusselt數逐漸增大,頂面的對流換熱效果增強。隨著熱源距寬乘高截面的水平距離a的增大,溫度分布變化的明顯程度先增大后有下降趨勢。在垂直于短軸的速度向量場中,無論水平距離a如何變化,均出現兩個渦卷,在水平距離a較小時,渦卷出現在雙熱源中間,且隨著雙熱源間距的變小而變窄,在水平距離a較大時,渦卷出現在雙熱源的左右兩側,且隨著雙熱源間距的變小而變寬;在垂直于長軸的速度向量場中,隨著熱源距寬乘高截面的水平距離a的增大,熱源兩側的渦卷先逐漸清晰,后有消融趨勢。通過監(jiān)測頂面平均Nusselt數可以得出,隨著水平距離a的增大,頂面平均Nusselt數先減小后增大,在水平距離a為0.5H時,頂面的對流換熱效果最弱。隨著熱源距底面的豎直距離b的增大,溫度分布變化程度明顯增強,在垂直于短軸的速度向量場中,無論豎直距離b如何變化,均出現兩個渦卷;在垂直于長軸的速度向量場中,隨著熱源距底面的豎直距離a的增大,熱源兩側的渦卷逐漸清晰,且位置上移。通過監(jiān)測頂面平均Nusselt數可以得出,隨著豎直距離b的增大,頂面平均Nusselt數逐漸增大,頂面的對流換熱效果增強。本文采用激光全息干涉照相技術和煙可視化方法對含雙內熱源的封閉長方體腔內自然對流換熱問題進行了實驗研究,得到如下結論:隨著Ra數增大,溫度場等溫線的傾斜程度增大,自然對流換熱量增多。垂直于短軸速度向量場中雙熱源的兩側均會各形成一個渦卷,隨著長高寬比的增加,渦卷的旋轉速度逐漸減小,渦卷逐漸變寬;垂直于長軸速度向量場熱源兩側同樣會各形成一個渦卷,隨著長高比的增加,渦卷流速減慢,渦卷逐漸清晰飽滿。當熱源距寬乘高截面的距離a為0.3H時,垂直短軸速度向量場中,雙熱源的兩側各形成了一個寬度較窄的渦卷,且形狀出現扭曲,在垂直長軸速度向量場中可以看見,熱源左右兩側各形成了一個渦卷;當a為0.7H時,垂直短軸速度向量場中,雙熱源的兩側的渦卷寬度較寬,在垂直長軸速度向量場中,熱源左右兩側形成的渦卷受附近的流場受影響較為模糊。當熱源高度h為0.3H時,在垂直短軸速度向量場中形成兩個清晰渦卷,位置偏上,在垂直長軸速度向量場中可以看見,熱源上空兩側各形成了一個渦卷,其所占空間較小,且稍顯模糊,說明由于封閉腔空間較小,熱源位置較近,因此其空間流場收到了影響。實驗結果與模擬結果基本吻合,驗證了結論的可靠性。本文從以上幾個方面進行了系統(tǒng)的研究,對小空間自然對流領域以及小型電子設備散熱問題的研究有一定的理論參考價值。
【關鍵詞】：小型電子設備 雙熱源 自然對流 渦卷 物理幾何條件
【學位授予單位】：吉林建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU111.3
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-15
• 第1章 緒論15-20
• 1.1 課題項目名稱15
• 1.2 課題背景15
• 1.3 研究綜述15-18
• 1.3.1 Rayleigh數 對方腔換熱影響的研究綜述15-16
• 1.3.2 方腔結構尺寸對換熱影響的研究綜述16
• 1.3.3 熱源位置對換熱影響的研究綜述16-17
• 1.3.4 邊界條件對換熱影響的研究綜述17-18
• 1.3.5 復雜腔內自然對流換熱情況18
• 1.4 本文主要內容18-20
• 1.4.1 已有研究工作的不足18
• 1.4.2 本文主要研究內容18-20
• 第2章 基本數值方法20-33
• 2.1 控制微分方程20
• 2.2 通用微分方程及其離散20-23
• 2.3 差分格式23-32
• 2.3.1 上風差分23-24
• 2.3.2 QUICK格 式24-29
• 2.3.3 壓力修正與SIMPLE算 法29-32
• 2.4 數值計算步驟32-33
• 第3章 封閉方腔內自然對流換熱的數值研究33-55
• 3.1 數值計算方法33-35
• 3.1.1 基本模型描述33
• 3.1.2 控制方程33-34
• 3.1.3 無量綱努塞爾數34-35
• 3.2 計算方法驗證35
• 3.3 模擬結果分析35-53
• 3.3.1 確定封閉腔內介質穩(wěn)定流動的溫差35-36
• 3.3.2 不同長高比對自然對流換熱的影響36-40
• 3.3.3 不同熱源高度對換熱的影響40-43
• 3.3.4 熱源水平位置對換熱的影響43-47
• 3.3.5 熱源豎直位置對換熱的影響47-51
• 3.3.6 通過監(jiān)測Nusselt數分析換熱規(guī)律51-53
• 3.4 本章小結53-55
• 第4章 含內熱源封閉腔內自然對流的實驗研究55-72
• 4.1 激光全息干涉實驗原理55-57
• 4.2 實驗系統(tǒng)57-61
• 4.2.1 實驗臺57-58
• 4.2.2 實驗段58-59
• 4.2.3 實驗光路設計59-61
• 4.3 實驗步驟61-62
• 4.4 實驗結果與分析62-70
• 4.4.1 不同Ra數下溫度場的分析62-63
• 4.4.2 不同工況下流場的分析63-70
• 4.5 本章小結70-72
• 結論72-75
• 參考文獻75-79
• 附錄 主要符號表79-82
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文82-83
• 致謝83

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本文編號：331583