本文關鍵詞：錯位翅片型水冷散熱器流動與傳熱性能研究

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【摘要】：近年來,隨著軌道交通和高鐵的快速發(fā)展,電力電子設備正在向著高性能、大功率與小型化的方向發(fā)展。這就導致了設備的當量熱流密度顯著增大,傳統(tǒng)的風冷與水冷散熱方案已經(jīng)不能滿足其散熱要求。在大功率電力電子設備散熱領域,錯位翅片型水冷散熱器以其優(yōu)良的換熱性能越來越受到人們的青睞。本文針對用于動車組整流器的錯位翅片型水冷散熱器,采用數(shù)值模擬的方式對此類型散熱器流動與傳熱性能進行分析。主要工作內(nèi)容如下:(1)對流體不同質(zhì)量流量下平直翅片型、間斷順排型及錯位翅片型散熱器進行數(shù)值模擬。結果表明錯位翅片型散熱器具有較強的換熱能力,適用于大功率電力電子設備的散熱,同時也伴隨著較大的阻力損失。平直翅片型與間斷順排型散熱器受限于自身的換熱能力,并不適用于大功率電力電子設備的散熱。(2)針對三種散熱器隨流體質(zhì)量流量的變化趨勢,引入場協(xié)同理論,從速度場與溫度梯度場協(xié)同程度的角度,分析散熱器換熱性能變化的內(nèi)在機理。研究表明,對于同一模型來說,流體流速的增大會降低流體的場協(xié)同性;對于同等流速下的模型來說,擾動越大的模型,其流體的場協(xié)同程度越高,換熱性能越好。(3)利用控制變量法,研究了錯位翅片型水冷散熱器的各結構參數(shù)對散熱器流動與傳熱性能的影響,并分析了其內(nèi)在原因。對散熱器性能影響較大的因素為翅片間流道寬度、翅片間流道高度以及兩排翅片間隔長度。這些參數(shù)所帶來的影響集中體現(xiàn)在對流體流速、流體擾動程度以及散熱器傳熱面積的影響。這三個因素對錯位翅片型散熱器的性能影響較大。(4)流體在散熱器內(nèi)流動時,翅片的整體布局決定了流體在散熱器內(nèi)的速度分布,進而影響散熱器加熱面的溫度均勻性。從溫度均勻性的角度對散熱器進行結構優(yōu)化,在散熱器兩端加裝翅片能夠有效的解決散熱器溫度不均勻的問題。(5)矩形流道的邊角處會出現(xiàn)較厚的邊界層。從邊界層的角度對散熱器結構進行優(yōu)化。對邊角進行倒圓角處理,能夠有效的減薄邊界層。
【關鍵詞】：電力電子設備 錯位翅片型水冷散熱器 數(shù)值模擬 場協(xié)同理論 溫度均勻性
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-14
• 1.2.1 電力電子設備的散熱技術簡介8-11
• 1.2.2 水冷散熱器簡介11-12
• 1.2.3 國外現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 國內(nèi)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-16
• 2 錯位翅片型水冷散熱器數(shù)值分析16-28
• 2.1 物理模型的建立16-17
• 2.2 周期性邊界條件17-19
• 2.3 數(shù)值求解19-27
• 2.3.1 湍流模型的選取19-21
• 2.3.2 壁面處理21
• 2.3.3 數(shù)值求解方法21-22
• 2.3.4 網(wǎng)格無關性驗證22-26
• 2.3.5 模型的可靠性分析26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 3 錯位翅片型水冷散熱器流動與傳熱性能分析28-37
• 3.1 三種散熱器模型的數(shù)值模擬28-33
• 3.2 散熱器換熱性能的場協(xié)同分析33-36
• 3.2.1 對流傳熱的場協(xié)同理論33-34
• 3.2.2 數(shù)值計算結果分析34-36
• 3.3 本章小結36-37
• 4 結構參數(shù)對散熱器性能的影響37-52
• 4.1 翅片厚度對散熱器性能的影響37-39
• 4.2 翅片間流道寬度對散熱器性能的影響39-42
• 4.3 翅片間流道高度對散熱器性能的影響42-44
• 4.4 翅片間流道長度對散熱器性能的影響44-46
• 4.5 翅片間隔長度對散熱器性能的影響46-48
• 4.6 翅片角度對散熱器性能的影響48-50
• 4.7 本章小結50-52
• 5 散熱器的優(yōu)化52-58
• 5.1 結構優(yōu)化52-56
• 5.2 倒角優(yōu)化56-57
• 5.3 本章小結57-58
• 6 結論與展望58-60
• 6.1 結論58
• 6.2 展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-63

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本文編號：785080