基于单膜双腔多孔合成射流激励器的主被动组合换热研究

随着微电子技术飞速发展,电子器件日益轻量小型化、功率密度越来越大,其冷却技术显得尤为重要,轻小型化的冷却技术将是航空航天机载电子元件等领域发展的热门方向。合成射流冷却技术是其作为主动流动控制技术的一项重要应用,为电子器件的冷却提出了新的思路。本文发明了单膜双腔多孔合成射流激励器,并采用理论研究、数值模拟与实验研究相结合的方法系统研究了单膜双腔多孔合成射流的换热特性。以传热学基本理论为基础,结合对流换热的场协同理论,系统分析了单膜双腔多孔合成射流的射流速度、展向距离、冲击距离、速度矢量与热流矢量夹角对其换热性能的影响。对单膜双腔多孔合成射流激励器的流场及换热特性进行了三维数值计算,分析了驱动频率和振子等效振幅对流场的影响;建立了散热翅片热沉的简化平板模型,分析了冲击距离及雷诺数对换热特性的影响。结果表明:随雷诺数的增加,换热效果变好,呈正相关关系;换热效果随着冲击距离的增大先变好再变差,存在最佳冲击距离使得换热效果最好。开展了单膜双腔多孔合成射流激励器流场及其与翅片热沉的主被动组合换热的实验研究。分析了驱动电参数(频率、电压)对流场的影响;分析了不同的冲击距离、驱动频率和电压下换热效果的变化。换热效果随着冲击距离变化的趋势与数值模拟一致,即存在最佳冲击距离;在谐振频率附近的换热效果最佳;随着驱动电压增大,换热效果变好。基于合成双射流激励器特有的矢量特性,结合场协同理论的理论,分析了不同的矢量偏转角下,速度矢量与温度梯度矢量乘积的积分值、温度梯度矢量与速度矢量夹角以及其模乘积的变化。结果表明:矢量夹角随偏转角的变化明显发生改变,但并不呈现明显的线性关系,且对换热效果形成显著影响。