内置翅片参数对电子设备封闭腔内流动及传热性能的影响研究

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侧加热腔内的自然对流流动广泛应用在机械工程中,例如,用这种流动来冷却计算机主板、电力变压器、核反应堆以及优化建筑室内通风等。在腔内侧壁上布置翅片对改善腔内的自然对流流动和强化腔内的对流传热是一种有效且得到广泛认可的方法;在进行大量文献调查中发现,对于通过改变翅片长度、翅片位置和翅片数量来强化腔内流动和传热的已有研究并不充分,对工程应用而言,改善侧加热方腔内的流动和传热是急需解决的问题,也是本文的研究目标。基于这一研究目标,本文用Fluent软件模拟研究了翅片长度、位置和数量分别对有内热源和无内热源以及考虑壁面辐射的侧加热方腔内对流与传热的影响。主要研究内容有:(1)研究了仅在热壁面布置1片翅片时,翅片长度和位置对不含内热源的侧加热方腔内对流与传热的影响。结果表明:热壁面上的翅片距底面距离为H/6、2H/6、3H/6、4H/6和5H/6,对应的长度分别为1.5、1.0、1.0、1.0和1.0cm时,热壁面平均Nu数最大,分别为76.91、77.1、76.85、76.58和76.6,热壁面与腔内的对流传热效率最高。(2)在冷、热壁面各布置1片呈中心对称的翅片时,改变翅片的长度和位置对不含内热源的侧加热方腔内流动和传热的影响也很显著。研究发现:热壁面上的翅片距底面的距离为H/6、2H/6、3H/6、4H/6和5H/6,对应的长度分别为0.5、1.0、1.0、0.5和0.5cm时,热壁面平均Nu数最大,分别为76.42、77.76、76.74、76.38和76.15,热壁面与腔内的对流传热效率最高;与仅在热壁面布置1片翅片相比在冷、热壁面各布置1片翅片时,对不含内热源侧加热腔内的对流传热能力强化明显减弱。(3)对于含内热源的侧加热方腔,仅在热壁面布置1片翅片,对于所研究的5种位置,对应的翅片长度分别为2.5、1.5、1.0、1.0和0.5cm时,热壁面平均Nu数最大,分别为53.64、54.0、53.62、53.19和53.09,热壁面与腔内的传热效率最高;但热源表面的平均Nu数与不布置翅片时相比均减小,表明仅在热壁面布置1片翅片会抑制热源表面与腔内的对流传热。(4)翅片长度和位置同时改变也对含内热源且在冷、热壁面各布置1片翅片的侧加热方腔内流动和传热影响显著。研究发现:热壁面上的翅片距底面距离为H/6、2H/6、3H/6、4H/6和5H/6,对应的长度分别为2.0、1.5、1.0、1.0和1.0cm时,热壁面平均Nu数最大,分别为53.26、54.03、53.76、53.59和53.28,热壁面与腔内的对流传热效率最高;和侧加热腔内无内热源结果不同,与仅在热壁面布置1片翅片相比,在冷、热壁面各布置1片翅片时对腔内对流传热强化能力有显著的提升。但热源表面的平均Nu数与不布置翅片时相比均减小,表明在冷、热壁面各布置1片翅片时,也抑制了热源表面与腔内的对流传热。(5)对考虑壁面辐射的封闭腔体内对流换热进行了数值模拟研究。结果表明:当壁面发射率为0.65时,各工况的热壁面和热源表面平均Nu数与不考虑壁面辐射的封闭腔内变化趋势一致;当热壁面上的翅片距底面距离为H/6、2H/6、3H/6、4H/6和5H/6,对应的翅片长度分别为2.0、1.5、1.0、1.0和1.0cm时热壁面平均Nu数最大,分别为128.91、129.27、129.18、128.9和128.67;热源表面的平均Nu数与不布置翅片时相比均减小。但考虑壁面辐射时,各工况热壁面平均Nu数和热源表面平均Nu数均提升了,热壁面平均Nu数提升百分数均值为140.67%,热源表面平均Nu数提升百分数均值为48.29%。
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