一種新型冷卻技術中應用多孔介質的機理研究.pdf

1、新型超級冷卻技術是基于熱驅動理論的一種新型冷卻技術。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，從增加結構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中應用多孔介質。為了探索在新型超級冷卻技術中應用多孔介質的可行性，本文展開了深入細致的研究。 本文首先采用實驗與數(shù)值模擬相結合的方法對重力場下單循環(huán)和多循環(huán)微小通道內流體的熱驅動進行比較研究，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中應用多孔介質來代替通道形式，在增加結構強度的同時達到增強換熱的效果。 新型超級冷卻技術中應用多孔介質的想法得到驗證以后，本文便對離心力場下裝有多孔介質的封閉腔體內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的封閉腔體中流體

3、熱驅動發(fā)生的條件。理論研究的結果表明，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，多孔介質中即可發(fā)生離心力、重力與哥氏力共同驅動的自然對流。此結論對于在新型超級冷卻技術中應用多孔介質具有理論指導意義。 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、用多孔介質強化換熱的機理。結果表明，固體介質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，用實驗和數(shù)值模擬相結合的方法研究離心力場下該封閉腔體中的熱驅動換熱現(xiàn)象，通過改變旋轉速度，熱流密度、冷卻空氣流量、多孔層固體骨架材質、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封閉腔體中流體熱驅動的影響，同時還與無多孔介質的情況進行了比較。