新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟.pdf

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1、第52卷第24期2016年12月机械工程学报JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGV01．52Dec．No．242016DoI：10．3901，JME．2016．24．136新型单圆锥体热沉单孑L射流散热数值模拟木马鹏程1唐志国1,2刘轻轻2王元哲2(1．合肥工业大学科学技术研究院合肥230009：2．合肥工业大学机械工程学院合肥230009)摘要：射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一，其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉，应用RNGk-e湍流模型，对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟，

2、并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉，前者的射流流体域比后者多一个转折区，转折区内存在二次冲击，使换热得到强化。雷诺数越大，圆锥体热沉散热性能越优异：在不同锥角(150～60。)的单圆锥体热沉传热模拟中，当锥角在45。左右时，热沉表面的平均努塞尔数Nu数最高；圆锥体底面直径d．和射流孔直径d比值在1～3范围内，Nu数在比值为2．5左右达到最大值；射流高度日与射流孔直径d比值在5左右时，Nu数趋于最大。关键词：锥体热沉；冲击射流：强化传热；数值模拟；边界层中图分类号：TKl24NumericalSimul

3、ationofCharacteristicofHeatTransferforJetImpingementwithNewSingleConeHeatSinkthroughSingleSprayNozzleMAPengcheng1TANGZhiguo1·2LIUQingqin92WANGYuanzhe2(1．InstituteofScienceandTechnology,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009；2．SchoolofMechanicalEngineering，HefeiUniversi

4、tyofTechnology，Hefei230009)Abstract：Jetcoolingisoneofeffectivewaystotransferthegreatfluxdensityheat，andtheheatsinkshapeofjetimpingementisakeypointaffectingheattransfer．ThenewconeheatsinkproposedisnumericallysimulatedbyusingRNGk-eturbulencemodelundertheconditionofjetimpi

5、ngementthroughasinglespraynozzleandtheresultisverifiedbyexperiments．Theresultindicatesthatthecoolingeffectofheatsinkwithasingleconeisbetterthanthatofusualflatplateheatsink，andwhencomparedwiththelatter,theformerhasanadditionaltransitionregionwhereisasecondaryimpingementw

6、hichstrengthenstheheattransfer．ThegreatertheRenumberbecomes．thebeRereffectoftheconeheatsinkwillbe；thenumericalsimulationaboutdifferentconeangle(150-60。)ofheatsinksshowsthat45。coneangleofheatsinkprovidesahighervalueofNunumberthantheothers；whend1(diameterandconicalbottom)

7、／d(jetdiameter)is1-3，andwhendI／disabout2．5，itgetsahighervalueofNunumbercomparedtotheothers；whenH(heightofthejet)／dis5，nothingaboutthecoolingeffectofheatsinkisSOgoodasthatH／disabout5．Keywords：coneheatsink；impingingjet；heattransferenhancement；numericalsimulation；boundaryl

8、ayer0前言冲击射流换热是指流体介质从一区域通过圆形或矩形等喷嘴，以一定角度喷射到固体壁面，扰动壁面附近的流动，使被冲击表面流动边界层变薄，换热效果明显[1-2】。射流冲击因其对驻点区及其有效·国家科技支撑计划(201