一種新型冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)的機(jī)理研究.pdf

1、新型超級(jí)冷卻技術(shù)是基于熱驅(qū)動(dòng)理論的一種新型冷卻技術(shù)。通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，從增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和獲得更好的換熱效果的角度出發(fā)，可以在新型超級(jí)冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)。為了探索在新型超級(jí)冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)的可行性，本文展開(kāi)了深入細(xì)致的研究。 本文首先采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)重力場(chǎng)下單循環(huán)和多循環(huán)微小通道內(nèi)流體的熱驅(qū)動(dòng)進(jìn)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(duì)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(shí)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(jí)冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)來(lái)代替通道形式，在增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)換熱的效果。 新型超級(jí)冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)的想法得到驗(yàn)證以后，本文便對(duì)離心力場(chǎng)下裝有多孔介質(zhì)的封閉腔體內(nèi)流體的流動(dòng)和換熱展開(kāi)了研究。 本文運(yùn)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(chǎng)下充滿有多孔介質(zhì)的封閉腔體中流體

3、熱驅(qū)動(dòng)發(fā)生的條件。理論研究的結(jié)果表明，當(dāng)離心力與溫度梯度同方向時(shí)，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(dòng)的自然對(duì)流。此結(jié)論對(duì)于在新型超級(jí)冷卻技術(shù)中應(yīng)用多孔介質(zhì)具有理論指導(dǎo)意義。 接著本文分別從微觀和宏觀的角度進(jìn)一步研究離心力場(chǎng)下多孔介質(zhì)中流體的流動(dòng)和換熱。微觀方面，運(yùn)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(dòng)的可視化流場(chǎng)和固體骨架表面的流動(dòng)信息，進(jìn)而分析利

4、用多孔介質(zhì)強(qiáng)化換熱的機(jī)理。結(jié)果表明，固體介質(zhì)的導(dǎo)熱作用和流體在孔道中流動(dòng)時(shí)形成的旋渦均使多孔介質(zhì)達(dá)到了強(qiáng)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(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究離心力場(chǎng)下該封閉腔體中的熱驅(qū)動(dòng)換熱現(xiàn)象，通過(guò)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(jìn)而研究這些參數(shù)對(duì)離心力場(chǎng)下裝有多孔介質(zhì)封閉腔體中流體熱驅(qū)動(dòng)的影響，同時(shí)還與無(wú)多孔介質(zhì)的情況進(jìn)行了比較。