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拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能 被引量:1
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作者 王仕淞 殷健宝 +2 位作者 邢玉明 侯煦 王子贤 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期250-259,共10页
为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的... 为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。 展开更多
关键词 相变材料 山梨糖醇 拓扑优化 热控性能 无量纲数
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相变储能拓扑翅片的性能研究
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作者 殷健宝 邢玉明 +3 位作者 王仕淞 叶梦岩 王子贤 侯煦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3274-3282,共9页
为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性... 为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性。研究表明:壁面温度20℃时,拓扑优化有更好的导热效果,比分形优化分别减少21.18%和12.68%的总凝固时间,相变材料温度最高降低了7.33℃和4.30℃,平均降低了0.98℃和3.85℃;拓扑优化也具备更好的温度均匀性,相变材料平均方差分别为对应分形的33.38%和72.13%;壁温偏离拓扑的设计参数时,其热性能也基本未发生改变。以上结果传导为翅片设计提供了一定参考。 展开更多
关键词 相变材料 拓扑优化 分形优化 数值模拟 翅片优化
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高碳醇/膨胀石墨复合相变热沉多目标优化 被引量:5
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作者 侯煦 邢玉明 +2 位作者 郝兆龙 王仕淞 侯天睿 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1866-1873,共8页
为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题,设计采用相变材料(PCM)的控温模块,建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟,探究在相同加热功率下,加热面积对控温时间的影响。对控温... 为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题,设计采用相变材料(PCM)的控温模块,建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟,探究在相同加热功率下,加热面积对控温时间的影响。对控温模块的几何尺寸进行参数分析,将数值模拟结果用于训练人工神经网络,实现对控温时间的预测。根据芯片发热功耗、芯片尺寸,通过NGSA-Ⅱ多目标优化算法优化控温模块几何尺寸,延长控温时间,降低模块质量。最终得到一系列非支配解集,可根据控温时间需求选择合适的模块尺寸设计。针对长宽为35.4 mm、发热功率为15 W的芯片进行控温模块优化设计。环境温度为80℃,温控目标小于90℃,控温时间180 s,优化后模块减重13.0%,模块内温度与液相分布也更均匀。 展开更多
关键词 相变材料(PCM) 膨胀石墨 控温 多目标优化 高碳醇
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新型聚乙烯醇/聚乙二醇水凝胶热沉性能研究 被引量:1
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作者 殷健宝 邢玉明 +3 位作者 郝兆龙 王仕淞 王子贤 侯煦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期187-194,共8页
为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力,采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇(PVA)/聚乙二醇(PEG)复合水凝胶热沉,热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2712 W/m^(2)热流... 为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力,采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇(PVA)/聚乙二醇(PEG)复合水凝胶热沉,热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2712 W/m^(2)热流下进行散热性能探究实验,得到了升温特性、蒸发对流强度变化关系和溶胀变化规律。发现加入2.5%质量分数的PEG减小了随循环冷冻次数增加造成的制备变形,减小了75.53%的含水量衰减,同时使芯片表面控温下降7.53%。根据实验结果计算得到了蒸发换热系数,并研究了热流、厚度和湿度对蒸发散热的影响。通过对水凝胶不同温度和使用情况(4 h连续使用及120 d常温储存)下溶胀率的测定,证明水凝胶具备一定的短时使用可靠性,但对温度的敏感响应并不显著。 展开更多
关键词 聚乙烯醇水凝胶 热沉 蒸发冷却 热管理 电子设备
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高温环境下电子设备相变热沉设计研究 被引量:2
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作者 侯煦 邢玉明 +2 位作者 王仕淞 王子贤 许泽 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2250-2257,共8页
本文针对80℃高温密闭环境下工作的电子设备,提出了带有复合翅片结构的固-液相变热沉设计。通过数值模拟对比了三种强化传热手段对控温性能的影响,包括复合翅片结构、添加泡沫铜高导热基体、添加碳粘接碳纤维高导热基体。结果表明当热... 本文针对80℃高温密闭环境下工作的电子设备,提出了带有复合翅片结构的固-液相变热沉设计。通过数值模拟对比了三种强化传热手段对控温性能的影响,包括复合翅片结构、添加泡沫铜高导热基体、添加碳粘接碳纤维高导热基体。结果表明当热流密度为2.45 W·cm^(-2)时,采用复合翅片结构的热沉控温时间最长,电子设备运行温度最低。通过增材制造制备样件开展实验研究,实验热流密度为0.82~2.45 W·cm^(-2),与数值模拟结果进行对比验证了模拟的可靠性。在最大热流密度下,热沉控温时长达到240 s,达到截至温度时相变材料基本完全熔化,验证了复合翅片结构的有效性。 展开更多
关键词 相变材料 热控 翅片
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基于热网络的储能翅片管温度响应计算模型
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作者 殷健宝 邢玉明 +3 位作者 王仕淞 侯煦 王子贤 许泽 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2395-2406,共12页
为了解决空载高能武器储能冷却设备出口温度的快速计算问题,提出了一种二维热网络模型,用于翅片管式储能换热器在储能阶段的温度响应预测。建立了等效热阻模型,并引入了等效导热系数来考虑自然对流对相变材料融化的影响。在不同体积流... 为了解决空载高能武器储能冷却设备出口温度的快速计算问题,提出了一种二维热网络模型,用于翅片管式储能换热器在储能阶段的温度响应预测。建立了等效热阻模型,并引入了等效导热系数来考虑自然对流对相变材料融化的影响。在不同体积流量、入口温度、翅片结构和相变材料下与焓-多孔介质法模拟结果进行了对比,验证了热网络模型的准确性,石蜡类相变材料平均出口温度最大误差为0.634 K。热网络模型相比焓-多孔介质法节约了99%的计算时间,可以有效地用于复杂翅片管式储能系统的设计和优化。 展开更多
关键词 空载武器冷却 潜热储能系统 热网络 翅片管 等效导热系数
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