一種新型冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)的機理研究.pdf

1、新型超級冷卻技術(shù)是基于熱驅(qū)動理論的一種新型冷卻技術(shù)。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，從增加結(jié)構(gòu)強度和獲得更好的換熱效果的角度出發(fā)，可以在新型超級冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)。為了探索在新型超級冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)的可行性，本文展開了深入細致的研究。 本文首先采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對重力場下單循環(huán)和多循環(huán)微小通道內(nèi)流體的熱驅(qū)動進行比較研究，發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)通道的增加，熱端壁溫起伏變化減小，溫度分布逐漸均勻化，而且通道高度與冷熱端間距的比值h/

2、w的變化對通道換熱也有影響。最終研究結(jié)果表明多循環(huán)通道確實比單循環(huán)通道具有更好的換熱效果，因此可以在新型超級冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)來代替通道形式，在增加結(jié)構(gòu)強度的同時達到增強換熱的效果。 新型超級冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)的想法得到驗證以后，本文便對離心力場下裝有多孔介質(zhì)的封閉腔體內(nèi)流體的流動和換熱展開了研究。 本文運用線性穩(wěn)定性分析方法，考慮離心力、重力和哥氏力的共同作用，建立了離心力場下充滿有多孔介質(zhì)的封閉腔體中流體

3、熱驅(qū)動發(fā)生的條件。理論研究的結(jié)果表明，當離心力與溫度梯度同方向時，只要滿足Ra>7.81?2或Ra0>4?2，多孔介質(zhì)中即可發(fā)生離心力、重力與哥氏力共同驅(qū)動的自然對流。此結(jié)論對于在新型超級冷卻技術(shù)中應用多孔介質(zhì)具有理論指導意義。 接著本文分別從微觀和宏觀的角度進一步研究離心力場下多孔介質(zhì)中流體的流動和換熱。微觀方面，運用數(shù)值模擬的方法，采用空間周期性模型，獲得流體在多孔介質(zhì)中流動的可視化流場和固體骨架表面的流動信息，進而分析利

4、用多孔介質(zhì)強化換熱的機理。結(jié)果表明，固體介質(zhì)的導熱作用和流體在孔道中流動時形成的旋渦均使多孔介質(zhì)達到了強化換熱的效果。宏觀方面，采用帶有冷卻通道的封閉腔體，在其中加入多孔介質(zhì)，用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究離心力場下該封閉腔體中的熱驅(qū)動換熱現(xiàn)象，通過改變旋轉(zhuǎn)速度，熱流密度、冷卻空氣流量、多孔層固體骨架材質(zhì)、多孔層孔隙率和多孔層厚度，進而研究這些參數(shù)對離心力場下裝有多孔介質(zhì)封閉腔體中流體熱驅(qū)動的影響，同時還與無多孔介質(zhì)的情況進行了比較。