多孔泡沫材料強(qiáng)化傳熱與流阻特性研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,電子設(shè)備越來(lái)越趨向小型化、輕量化、結(jié)構(gòu)緊湊化及運(yùn)行的高效化方向發(fā)展,因而功率器件的散熱問(wèn)題日漸突顯,傳統(tǒng)的金屬散熱件已很難滿足科技發(fā)展的要求。多孔泡沫材料是一類新型功能材料,具有高比表面積、高孔隙率、高導(dǎo)熱、低密度等優(yōu)點(diǎn),可作為輕質(zhì)高導(dǎo)熱散熱器的核心部件材料,在某些對(duì)重量比較敏感的軍事、航空航天、電子工程等領(lǐng)域蘊(yùn)藏著廣闊的應(yīng)用潛力。
　　本文針對(duì)多孔泡沫材料作為輕質(zhì)高導(dǎo)熱散熱器核心部件的阻力特性和傳熱特性開

2、展研究工作,搭建了多孔泡沫緊湊型散熱器性能研究實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了多孔泡沫的阻力特性和傳熱特性,并與傳統(tǒng)的平直金屬散熱器進(jìn)行了比較;根據(jù)多孔泡沫材料的幾何結(jié)構(gòu)特征,建立了均質(zhì)和非均質(zhì)多孔泡沫模型,模擬了多孔泡沫內(nèi)流動(dòng)及對(duì)流換熱過(guò)程,討論了多孔泡沫材料的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滲流阻力及傳熱特性的影響;本文最后結(jié)合對(duì)流換熱場(chǎng)協(xié)同原理,分析了多孔泡沫內(nèi)流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的協(xié)同性能。本文主要的研究?jī)?nèi)容和取得的成果有:
　　實(shí)驗(yàn)研究中選用的兩種銅泡沫散熱器

3、的傳熱性能均要優(yōu)于常規(guī)的平直鋁翅片散熱器,在實(shí)驗(yàn)流速范圍內(nèi),多孔銅泡沫散熱器表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是平直翅片散熱器的1.6~1.9倍。
　　定義了基于滲透率的雷諾數(shù)Rek,得到了實(shí)驗(yàn)所用多孔泡沫材料的摩擦因子與雷諾數(shù)關(guān)系f=1/Rek+c,孔隙率分別為0.946和0.957時(shí),無(wú)因次慣性系數(shù)分別為0.03448和0.02806。
　　通過(guò)對(duì)均質(zhì)多孔泡沫滲流過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果的分析,指出多孔泡沫材料的滲透率和慣性系數(shù)與流體物性無(wú)關(guān);結(jié)合E

4、rgun方程,得到了無(wú)因次滲透率及無(wú)因次慣性系數(shù)與多孔泡沫孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系;定義基于接觸面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),得到了均質(zhì)多孔泡沫強(qiáng)化換熱準(zhǔn)則方程。
　　通過(guò)對(duì)均質(zhì)泡沫換熱熱阻與泵功的計(jì)算與分析,指出了“臨界流速”現(xiàn)象,并采用綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)PEC評(píng)價(jià)多孔泡沫強(qiáng)化換熱綜合性能,得出低孔隙率、高孔密度的多孔泡沫更容易獲得較好的綜合傳熱性能。
　　采用孔隙均勻度作為非均質(zhì)多孔泡沫的隨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù),根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果的,指出孔隙均勻度越