本文關(guān)鍵詞：脈沖流體誘導(dǎo)振動的熱流固耦合強化傳熱機理研究

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【摘要】：隨著科技的日益發(fā)展,多功能、大功率、小型化、高度集成化成為電子設(shè)備的發(fā)展方向,使得高密度電子產(chǎn)品的散熱問題在工程實踐中漸漸凸顯出來。針對這一工程問題,本文研究提出了通過彈性支撐板的流體誘導(dǎo)振動的熱流固耦合多場協(xié)同雙向耦合作用強化壁面散熱傳熱過程,并通過流道內(nèi)彈性支撐薄板在脈動流動誘導(dǎo)擺動工況和流道內(nèi)固定薄板脈動流動工況數(shù)值模擬的對比分析,揭示了彈性支撐板的流體誘導(dǎo)振動的熱流固耦合多場協(xié)同雙向耦合強化傳熱的機理,明晰了其關(guān)鍵調(diào)控參數(shù),為其工業(yè)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。本文主要取得了以下成果:(1)本文提出了通過彈性支撐和脈動流動創(chuàng)設(shè)持續(xù)薄板擺動振動環(huán)境,為研究脈動流動誘導(dǎo)彈性支撐薄板大幅擺動的熱流固耦合強化傳熱提供了技術(shù)手段,并研究了脈動流動誘導(dǎo)彈性支撐薄板擺動振動特性及其模態(tài)分析。研究表明,薄板在脈動流體激勵誘導(dǎo)下的振動頻率小于薄板的固有頻率,其振動變形屬于低階模態(tài)變形。脈動流體誘導(dǎo)振動的薄板承受交變應(yīng)力作用,其最大Mises當量應(yīng)力小于薄板材料的許用應(yīng)力,不會導(dǎo)致其流體誘導(dǎo)振動失效。(2)通過流道內(nèi)彈性支撐薄板在脈動流動誘導(dǎo)擺動工況和流道內(nèi)固定薄板脈動流動工況數(shù)值模擬的對比分析,揭示了彈性支撐板的流體誘導(dǎo)振動的熱流固耦合多場協(xié)同雙向耦合強化傳熱的機理。研究結(jié)果表明熱-流-固多場協(xié)同雙向耦合作用的強化傳熱效應(yīng)受控于彈性支撐薄板散熱面的壁面邊界擺動變形運動與近壁面流體的脈動流動的熱-流-固多場協(xié)同雙向耦合作用效應(yīng),其作用效應(yīng)越強,則彈性支撐薄板散熱面的壁面邊界擺動變形運動對近壁流體速度場加速作用越強,彈性支撐薄板散熱面的近壁熱流層厚度越薄,彈性支撐薄板散熱面與近壁流體的溫差和漩渦湍流強度越大,必然導(dǎo)致熱-流-固多場協(xié)同雙向耦合作用的強化傳熱效應(yīng)增強。(3)彈性支撐板的流體誘導(dǎo)振動的熱流固多場協(xié)同雙向耦合作用強化傳熱隨著脈動流動波幅和頻率增加而增大,而隨著薄板彈性支撐剛度的增加而減弱,提高脈動流動波幅和頻率,或減小薄板彈性支撐剛度有利于增大流體誘導(dǎo)振動的振幅,增強熱-流-固多場協(xié)同雙向耦合作用的強化傳熱效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：熱流固耦合 數(shù)值模擬 脈沖流動 強化傳熱
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 研究背景及其意義8
• 1.2 國內(nèi)外基于流固耦合作用的強化傳熱研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 基于固體自身運動的單向流固耦合強化傳熱8-10
• 1.2.2 流體激勵作用下的雙向流固耦合研究10-13
• 1.3 本文研究的內(nèi)容13-15
• 第2章 流固耦合的理論模型15-25
• 2.1 流固耦合概述15
• 2.2 模型的控制方程15-18
• 2.2.1 流體控制方程16
• 2.2.2 固體控制方程16-17
• 2.2.3 流固耦合控制方程17
• 2.2.4 莫里森方程17
• 2.2.5 模態(tài)分析17-18
• 2.3 流固耦合問題的數(shù)值模擬的實現(xiàn)18-21
• 2.3.1 直接方法(又稱monolithic approach)19
• 2.3.2 分離方法(partitioned approach)19-20
• 2.3.3 單向流固耦合20-21
• 2.3.4 雙向流固耦合21
• 2.4 基于ANSYS Workbench的流固耦合分析21-24
• 2.4.1 流固耦合數(shù)值模擬流程21-22
• 2.4.2 System coupling22-23
• 2.4.3 耦合界面網(wǎng)格技術(shù)23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 基于雙向熱流固多場耦合強化傳熱機理數(shù)值模擬25-54
• 3.1 數(shù)值模擬的物理模型25-26
• 3.2 數(shù)值模擬的有限元模型及邊界條件26-27
• 3.3 流體域模擬結(jié)果及分析27-37
• 3.4 薄板的模態(tài)分析37-39
• 3.5 雙向流固耦合作用的強化傳熱的機理研究39-51
• 3.5.1 薄板擺動幅度對強化傳熱的影響39-43
• 3.5.2 薄板擺動幅度強化傳熱的機理分析43
• 3.5.3 薄板擺動頻率對強化傳熱的影響43-47
• 3.5.4 薄板擺動頻率強化傳熱的機理分析47
• 3.5.5 流體的脈動幅度對強化傳熱的影響47-51
• 3.5.6 流速脈動幅度強化傳熱的機理分析51
• 3.6 本章小結(jié)51-54
• 第4章 基于固體運動作用下強化傳熱的數(shù)值模擬研究54-77
• 4.1 固體運動的物理模型54-55
• 4.2 薄板擺動作用下強化傳熱的數(shù)值模擬55-61
• 4.2.1 數(shù)值模擬的有限元模型55-56
• 4.2.2 邊界條件56
• 4.2.3 模擬結(jié)果及分析56-61
• 4.3 薄板擺動作用下強化傳熱的機理研究61-66
• 4.3.1 薄板擺動幅度對強化傳熱的影響62-64
• 4.3.2 薄板擺動幅度強化傳熱的機理分析64
• 4.3.3 薄板擺動頻率對強化傳熱的影響64-66
• 4.3.4 薄板擺動頻率強化傳熱的機理分析66
• 4.4 薄板平移運動作用下強化傳熱的數(shù)值模擬66-74
• 4.4.1 有限元模型及邊界條件66-67
• 4.4.2 模擬結(jié)果及分析67-74
• 4.5 本章小結(jié)74-77
• 第5章 總結(jié)與展望77-81
• 5.1 主要結(jié)論77-80
• 5.2 本文展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻82-87

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李慶友;王文;周根明;;電子元器件散熱方法研究[J];電子器件;2005年04期

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本文編號：960641