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热声波散热的机理研究

热声波散热的机理研究

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作者：肖星华中科技大学

学位级别：硕士

如今,随着电子设备的集成和发展,传统的散热方式无法满足热流密度或集成性与便携性等要求。而热声装置具有结构简单、少有或无运动部件、使用环保工质以及易于与电子设备集成等优点,因此具有电子设备散热的应用前景。然而传统的热声装置... 详细信息

如今,随着电子设备的集成和发展,传统的散热方式无法满足热流密度或集成性与便携性等要求。而热声装置具有结构简单、少有或无运动部件、使用环保工质以及易于与电子设备集成等优点,因此具有电子设备散热的应用前景。然而传统的热声装置,如热声制冷机和热声发动机,具有热流密度低或起振温度高等问题。为此,本论文提出热声波散热工作的新模式,并研究热声波输热效应与振荡流换热对这种新模式散热的影响及其耦合作用,拟为电子散热提供新的散热方式,具体研究内容如下。(1)利用商业软件Comsol建立热声制冷机/热声波散热的CFD模型,并对模型的有效性进行分析。在此基础上,计算在不同温差下的热声制冷机和热声波散热模型。从热流密度、温度分布、热声微循环等角度分析热声波散热与热声制冷的异同,探索热声波散热的工作机理。(2)研究热声波散热与振荡流换热的独立作用及其耦合作用机制,并通过优化CFD模型以及分析短板叠条件下(这里的“短”指的是长度与工作流体位移幅值相似)的散热性能,揭示两者耦合作用改善散热性能的理论基础。研究表明:在振荡幅值较高和短板叠的情况下,这种新模式的散热效果高于单独的热声波散热和单向流对流换热。(3)研究了热声制冷机和热声波散热的回热器结构的分层优化,分析不同板叠形状对热声装置性能的影响。其中重点研究渐变回热器孔隙率和热容对回热器性能的影响。研究显示:分层优化对热声制冷影响较为显著,可以借此获取最低制冷温度和最快降温速度。然而,对于耦合振荡流散热的热声波散热,分层优化对其性能反而有负面影响。最后,设计了热声制冷机/热声波散热的实验系统,目的是通过实验进一步验证和分析理论研究结果。

关键词：热声波散热振荡流换热电子设备散热热声制冷机 CFD模拟回热器分层优化

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