隨著相控陣?yán)走_(dá)的集成化程度越來越高,傳統(tǒng)冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足其有限空間和高效散熱的要求,探索新型高效的冷卻方式是亟待解決的問題。微通道流動(dòng)沸騰換熱因其尺度小換熱性能明顯提升,因此成為相控陣天線熱控方式的研究熱點(diǎn)。在微通道流動(dòng)沸騰換熱過程中,由于汽泡行為導(dǎo)致的流動(dòng)穩(wěn)定性及傳熱可靠性更為復(fù)雜,為了進(jìn)一步加深兩相流動(dòng)的換熱特性研究,彌補(bǔ)現(xiàn)階段對(duì)微通道冷板散熱器實(shí)驗(yàn)研究的不足,本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)矩形微通道流動(dòng)沸騰換熱過程的仿真方法研究。通過對(duì)多相流模型和傳熱傳質(zhì)模型的深入分析,提出了一套針對(duì)微通道流動(dòng)沸騰換熱過程的數(shù)值仿真方法,并以單根矩形水平微通道為研究對(duì)象進(jìn)行了兩相流仿真。重點(diǎn)分析了通道內(nèi)的汽泡行為(脫離與聚并等動(dòng)態(tài)行為)及流型演變(泡狀流、彈狀流與拉伸汽泡流)對(duì)微通道壓降、散熱特性的影響,得出了兩相流過程中微通道的壓降、散熱特性規(guī)律。(2)微通道冷板散熱特性正交實(shí)驗(yàn)與兩相流實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案的不足,設(shè)計(jì)了冷板液冷散熱正交實(shí)驗(yàn)方案,以32陣及128陣?yán)浒宓淖罡邷囟扰c均溫性為指標(biāo),采用極差和方差分析的方法區(qū)分了各因子(入口溫度,入口流量與熱流密度)的主次順序及顯著性水平。為探究冷板在流動(dòng)沸騰狀態(tài)下的真實(shí)散熱特性,設(shè)計(jì)了兩相流實(shí)驗(yàn)方案,構(gòu)建了針對(duì)具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三維微通道冷板流動(dòng)沸騰換熱過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬方法,仿真結(jié)果與兩相流實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配良好,最大誤差小于10%。(3)微通道冷板隨機(jī)振動(dòng)散熱特性的實(shí)驗(yàn)與仿真研究。振動(dòng)是產(chǎn)品失效的主要環(huán)境因素之一,為確保冷板在隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)下亦能正常工作,設(shè)計(jì)了冷板隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案,搭建了振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并制定了振動(dòng)實(shí)驗(yàn)步驟。基于振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,得到了微通道冷板在隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)下的散熱特性規(guī)律。同時(shí)利用MATLAB軟件和ANSYS Workbench平臺(tái),采用熱-流-固雙向耦合方法對(duì)三維冷板在隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)下的溫度場(chǎng)與流場(chǎng)進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果很好地解釋并驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK124;TN958.92
【部分圖文】：

著軍事作戰(zhàn)環(huán)境日趨復(fù)雜，作為現(xiàn)代軍事戰(zhàn)場(chǎng)上的“眼睛”—雷達(dá)，重的作用。有源相控陣?yán)走_(dá)，由于具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、多目標(biāo)跟蹤精和隱身性能好、可靠性高及應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)異的總體性能特點(diǎn)，達(dá)的發(fā)展方向[1]。有源相控陣?yán)走_(dá)的天線主要由 T/R 組件、移相器、電網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成[2]。當(dāng)天線工作時(shí)，天線結(jié)構(gòu)內(nèi)部 90%的熱量都來自 T/況下，相控陣?yán)走_(dá)天線陣面包含有成千上萬個(gè) T/R 組件，這些發(fā)熱起構(gòu)成一個(gè)大的發(fā)熱源，如何將這發(fā)熱源所產(chǎn)生的龐大熱量散發(fā)出天線的探測(cè)精度及工作壽命。于相控陣?yán)走_(dá)天線的集成化程度越來越高、熱流密度不斷增大，傳冷卻方式如自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷和強(qiáng)迫液冷等已經(jīng)無法滿足相控陣的散熱要求。據(jù)美國(guó)海軍推測(cè)，未來 T/R 組件的熱流密度將/cm2，如圖 1-1 所示[3]。一旦天線的工作溫度超標(biāo)，則不能保證其預(yù)和工作壽命。如何對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)天線進(jìn)行有效的熱控設(shè)計(jì)，是的問題，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1oh l vCD g hD 為通道水利直徑，m ； 為表面張力， N /m ；g 為重力加速度，相密度，3kg /m ；v 為汽相密度，3kg /m 。文第二章對(duì)矩形微通道流動(dòng)沸騰換熱過程的數(shù)值研究中，以水為冷二種通道劃分方式，按式（1-1）計(jì)算得通道的限制數(shù) Co 為 0.818，條件，因此認(rèn)定為微通道。微通道流動(dòng)沸騰換熱流型演變通道流動(dòng)沸騰換熱流型演變是研究傳熱傳質(zhì)的基礎(chǔ)。微尺度下液體動(dòng)沸騰時(shí)，由于部分液體被汽化，所產(chǎn)生的蒸汽會(huì)摻混入液流，因會(huì)呈現(xiàn)出多種不同形式的流型[18,19,20]。由于微通道結(jié)構(gòu)尺寸、入口性參數(shù)以及兩相接觸方式等均會(huì)對(duì)流型產(chǎn)生一定的影響，因此目前具有普適性的流型圖。常規(guī)水平通道內(nèi)的流動(dòng)沸騰流型如圖 1-2 所

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文形微通道為仿真研究對(duì)象。即忽略實(shí)際散熱過程中寬度方向上的溫度梯度，為該通道的寬度尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高度尺寸 H，默認(rèn)其寬度尺寸為 1m。該微通道左、右兩側(cè)分別為進(jìn)、出口，頂端為絕熱邊界條件，底端為恒熱度加熱面，計(jì)算模型如圖 2-1 所示。為了縮短計(jì)算時(shí)間，假定汽液相的物性參不隨溫度變化。由于流動(dòng)沸騰過程中汽泡亦會(huì)沿高度方向運(yùn)動(dòng)，因此仿真過考慮重力的影響。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2817946