电流体强化对流换热实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种电流体强化对流换热实验系统，包括：实验件子系统，用于对热沉的对流换热过程进行分析，包括：热沉，由基座和翅片组成；为金属或石墨材质，基座上有多个翅片，翅片之间相互平行或成一预定夹角；热源，其一面通过界面导热材料与所述热沉的基座贴合，另一面用保温材料包覆和周围流体绝热；电极，设置于热沉的翅片间隙中，与热沉不接触，且与热沉的相对距离可变；电源子系统以及测量子系统；其中，参与对流换热的流体是常态下不导电且高电压下可电离的气体或液体。本实用新型专利技术可通过改变实验中的加热功率、高压电压以及实验元件的相对距离、几何尺寸、表面结构等参变量，研究对流换热系数随各参变量的变化规律。

Experimental system for strengthening convection heat transfer of current body

The utility model provides an experimental system of enhanced convection heat transfer for a current body, including an experimental component system for the analysis of heat convection heat transfer, consisting of a heat sink consisting of a base and a fin, a metal or graphite material with multiple fins on the base, parallel or a predetermined angle between the wings. A heat source, which is fitted to the base of the heat sink through an interface heat conduction material, the other side is coated with thermal insulation and the surrounding fluid is adiabatic; the electrode is set in the fin clearance of the heat sink, does not contact the heat sink, and the relative distance to the heat sink is variable; the power subsystem and the measuring subsystem are involved in the convection exchange. A hot fluid is a gas or liquid that is not conductive under normal conditions and can be ionized under high voltage. By changing the parameters of the heating power, high voltage and the relative distance, geometry size and surface structure of the experimental components, the utility model can study the change law of the convection heat transfer coefficient with each parameter.

【技术实现步骤摘要】
电流体强化对流换热实验系统
本技术涉及一种电流体强化对流换热实验系统，尤其涉及一种电流体强化气体对流换热实验系统。
技术介绍
热量的交换无处不在，电子元器件在工作中都会产生热耗散，耗散热量如不能快速导出并散掉，就会影响元器件的工作寿命，甚至造成设备烧毁、系统停止等严重故障。一般元器件会将热量以热传导的方式传递给与之贴合的热沉，热沉再主要通过对流的方式将热量传递给周围的流体，流体流动将热量带走，实现散热过程。只有当元器件的发热量和热沉的散热量达到平衡时，元器件才能维持稳定的工作温度。目前热沉的材质一般为铜合金、铝合金等金属，导热系数较高；而当流体流速较慢时，热沉与周围流体之间的对流换热系数较低。并且，由于流体自身的粘度，受粘性力的作用，在热沉表面会形成平均流速很低的流体层，称之为边界层。边界层中主要依靠热传导传热，而流体的导热系数普遍远远低于金属固体。因此，热沉与流体间的换热较差，是制约热沉散热能力的主要因素。为了提高对流换热系数，常用泵或风机对流体加速，但这种方式内含高速运动部件，会带来噪音污染，提高了系统功耗，增大了系统体积，更主要是降低了系统的可靠性，增加了维护成本。基于电流体动力学的电流体强化对流换热技术，是近年来一种新兴的强化换热手段，该方式无运动部件，功耗低，体积小，可靠性大大提高；只是目前对该技术的实验研究还不成熟，尚不足以系统化地指导电流体强化对流换热的仿真计算和产品设计。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种电流体强化气体对流换热实验系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种电流体强化对流换热实验系统，包括：实验件子系统，用于对热沉的对流换热过程进行分析，包括：热沉，由基座和翅片组成；为金属或石墨材质，基座上有多个翅片，翅片之间相互平行或成一预定夹角；热源，其一面通过界面导热材料与所述热沉的基座贴合，另一面用保温材料包覆和周围流体绝热；电极，设置于热沉的翅片间隙中，与热沉不接触，且与热沉的相对距离可变；电源子系统，包括：高压电源，其输出端与电极相连，返回端通与热沉相连，用于在电极和热沉之间形成电场；以及测量子系统，包括温度测量装置和流体速度场测量装置，用于实验件子系统的温度场及流体的速度场进行测量，从而对对流换热系数随各参变量的变化规律进行分析；其中，参与对流换热的流体是常态下不导电且高电压下可电离的气体或液体。在本技术一些实施例中，所述实验件子系统还包括：支撑臂，竖直固定在水平台上，与水平台成直角；所述支撑臂上加工有水平长条孔和圆孔；所述热沉固定在支撑臂上，可沿着支撑臂上的水平长条孔水平移动，使得电极距离相邻两翅片的距离不同；滑轨，通过圆孔垂直固定在支撑臂上，滑块安装在滑轨上，可沿滑轨长度方向滑动；所述的电极与滑块相连，置于热沉的翅片间隙中，随滑块的滑动而移动，并且电极与热沉不接触；所述的翅片间隙内均根据需要放置多个电极，不同电极之间也不接触；通过滑块的滑动，可改变电极与翅片的距离和/或间隙内的多个电极之间的相互距离；所述热沉的移动和电极的移动方向相互垂直，使热沉与电极之间的相对位置在两个维度上发生变化；所述电源子系统还包括：直流稳压电源，用于给热源供电，使热源以一定功率发热，并将热量以热传导的方式传给热沉；通过改变直流稳压电源的输出电压和输出电流，可调整实验中热源的发热功率；所述测量子系统包括：多根热电偶，所述热电偶头部检测端测量热沉和热源表面上多个测点的温度，用以获得热源和热沉各处测点的温度，包括：热源表面、基座表面和翅片表面的测点，所述热电偶尾部导线接入温度巡检仪，信号传递并记录到温度巡检仪，并将实时温度值显示在温度巡检仪的显示屏上；红外热成像仪，镜头对向热沉表面，和热沉不接触，用以测量热沉表面的温度场；粒子成像测速系统，对向翅片间隙，通过向翅片间隙内发射示踪粒子并对示踪粒子拍照，并将翅片间隙内流体的速度场显示在计算机上。在本技术一些实施例中，所述的热沉与电极之间的距离在0.1mm到200mm之间；所述的翅片间隙内的多个电极，任意两个电极间距离在0.1mm到200mm之间。在本技术一些实施例中，所述的热沉的翅片数量在2到100之间；每个翅片间隙内电极的数量在0到10之间。在本技术一些实施例中，所述的热沉的翅片之间夹角在0到180°之间。在本技术一些实施例中，翅片和基座一体成型或通过焊接、铆接、粘接方式连接。在本技术一些实施例中，所述翅片表面加工有波纹和扰流孔；其中，波纹形成于翅片间隙的相对面，形状为波浪形、三角形、长方形或梯形，高度为0到5mm，宽度为0到10mm；扰流孔为翅片上的贯通孔，形状为圆形、方形、三角形、梯形或键槽形的通孔，数量在0到50之间。在本技术一些实施例中，所述的电极材质为钨、钢、铜、钼或石墨，形状为线状或针状，线状电极直径在0.01mm到4mm之间，针状电极尖端曲率半径在0.005mm到2mm之间。在本技术一些实施例中，所述的高压电源的高压输出电压有正、负两种极性。在本技术一些实施例中，所述的高压电源的高压输出电压在0到50kV之间。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术电流体强化气体对流换热实验系统至少具有以下有益效果其中之一：(1)通过对电极施加高电压，在电极和热沉之间形成电场，电极将周围流体电离，带电流体在电场中受库仑力的作用，做定向运动，以一定速度对热沉产生冲击，增强了流体扰动，压缩了流体边界层厚度，从而提高了对流换热系数，实现强化对流换热；(2)通过改变实验中的加热功率、高压电压以及实验元件的相对距离、几何尺寸、表面结构等参变量，研究对流换热系数随各参变量的变化规律，可以得出相应的经验公式，为仿真计算和产品设计提供实验参考依据。附图说明图1是本技术实施例一种电流体强化对流换热实验系统示意图。图2是本技术实施例一种电流体强化对流换热实验系统中的热沉俯视图。图3是本技术实施例一种电流体强化对流换热实验系统中的热沉主视图。图4是本技术实施例一种电流体强化对流换热实验系统中的支撑臂右视图。【附图中本技术实施例主要元件符号说明】1、热沉；2、电极3、热源；4、支撑臂5、水平台；6、滑轨7、滑块；8、高压电源9、高压电线；10、直流稳压电源11、电线；12、温度巡检仪13、热电偶；14、红外热成像仪15、粒子成像测速系统；16、计算机17、基座；18、翅片19、波纹；20、扰流孔21、螺栓；22、水平长条孔具体实施方式本技术提供了一种电流体强化对流换热实验系统，通过对电极施加高电压，在电极和热沉之间形成电场，电极将周围流体电离，带电流体在电场中受库仑力的作用，做定向运动，以一定速度对热沉产生冲击，增强了流体扰动，压缩了流体边界层厚度，从而提高了对流换热系数，实现强化对流换热。通过改变实验中的加热功率、高压电压以及实验元件的相对距离、几何尺寸、表面结构等参变量，研究对流换热系数随各参变量的变化规律，可以得出相应的经验公式，为仿真计算和产品设计提供实验参考依据。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。本技术某些实施例于后方将参照所附附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流体强化对流换热实验系统，包括：实验件子系统，用于对热沉的对流换热过程进行分析，包括：热沉，由基座和翅片组成；为金属或石墨材质，基座上有多个翅片，翅片之间相互平行或成一预定夹角；热源，其一面通过界面导热材料与所述热沉的基座贴合，另一面用保温材料包覆和周围流体绝热；电极，设置于热沉的翅片间隙中，与热沉不接触，且与热沉的相对距离可变；电源子系统，包括：高压电源，其输出端与电极相连，返回端与热沉相连，用于在电极和热沉之间形成电场；以及测量子系统，包括温度测量装置和流体速度场测量装置，用于实验件子系统的温度场及流体的速度场进行测量，从而对对流换热系数随各参变量的变化规律进行分析；其中，参与对流换热的流体是常态下不导电且高电压下可电离的气体或液体。

【技术特征摘要】
1.一种电流体强化对流换热实验系统，包括：实验件子系统，用于对热沉的对流换热过程进行分析，包括：热沉，由基座和翅片组成；为金属或石墨材质，基座上有多个翅片，翅片之间相互平行或成一预定夹角；热源，其一面通过界面导热材料与所述热沉的基座贴合，另一面用保温材料包覆和周围流体绝热；电极，设置于热沉的翅片间隙中，与热沉不接触，且与热沉的相对距离可变；电源子系统，包括：高压电源，其输出端与电极相连，返回端与热沉相连，用于在电极和热沉之间形成电场；以及测量子系统，包括温度测量装置和流体速度场测量装置，用于实验件子系统的温度场及流体的速度场进行测量，从而对对流换热系数随各参变量的变化规律进行分析；其中，参与对流换热的流体是常态下不导电且高电压下可电离的气体或液体。2.根据权利要求1所述的电流体强化对流换热实验系统，其中，所述实验件子系统还包括：支撑臂，竖直固定在水平台上，与水平台成直角；所述支撑臂上加工有水平长条孔和圆孔；所述热沉固定在支撑臂上，可沿着支撑臂上的水平长条孔水平移动，使得电极距离相邻两翅片的距离不同；滑轨，通过圆孔垂直固定在支撑臂上，滑块安装在滑轨上，可沿滑轨长度方向滑动；所述的电极与滑块相连，置于热沉的翅片间隙中，随滑块的滑动而移动，并且电极与热沉不接触；所述的翅片间隙内均根据需要放置多个电极，不同电极之间也不接触；通过滑块的滑动，可改变电极与翅片的距离和/或间隙内的多个电极之间的相互距离；所述热沉的移动和电极的移动方向相互垂直，使热沉与电极之间的相对位置在两个维度上发生变化；所述电源子系统还包括：直流稳压电源，用于给热源供电，使热源以一定功率发热，并将热量以热传导的方式传给热沉；通过改变直流稳压电源的输出电压和输出电流，可调整实验中热源的发热功率；所述测量子系统包括：多根热电偶，所述热电偶头部检测端测量热沉和热源表面上多个测点的温度，用以获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王际辉，胡学功，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11