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《壓電風扇激勵非定常流動和換熱特性數(shù)值研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、航空學報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61277．1284ISSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．educnhkxb@buaaedu．CR壓電風扇激勵非定常流動和換熱特性數(shù)值研究譚蕾1’*，譚曉茗2，張靖周21．南京航空航天大學航天學院，江蘇南京2100162．南京航空航天大學能源與動力學院，南京210016摘要：利用動網(wǎng)格技術對壓電諧振風扇產生的非定常流場進行了數(shù)值模擬，以期進一步揭示壓電風扇的流場特征和換熱特性。研究表明：壓電風扇上下兩個區(qū)域均出現(xiàn)渦流，
2、渦向相反(壓電風扇上方為逆時針，下方為順時針)，渦對的尺度、位置和擾動范圍隨時問呈周期性變化規(guī)律；時均速度并非隨著與壓電風扇自由端距離的增大呈現(xiàn)單調衰減的趨勢，而是在距離壓電風扇自由端距離為一倍振幅的截面上出現(xiàn)峰值速度最大的速度分布型，該位置正是渦環(huán)達到最大型面的瞬間渦核所處位置。渦串發(fā)展、運動過程中與周圍流體發(fā)生干涉融合形成的射流起到了強化換熱的效果，換熱效果最好的地方不是出現(xiàn)在平衡位置，而是渦對破碎、流體紊流度最強的地方。關鍵詞：壓電風扇；非定常流場；動網(wǎng)格；流動特性；換熱特性；數(shù)值模擬中圖分類號：V231．11；0354文獻標識碼：A文章編號：10006893(201
3、3)06一i277—08微電子技術的發(fā)展與進步之一體現(xiàn)在器件的特征尺寸不斷縮小從而集成度不斷提高。如今微電子器件的高集成化發(fā)展日益受到散熱問題的困擾，溫度變動的影響會導致微電子器件性能變壞甚至完全失效，如何有效地傳輸和散發(fā)微電子器件所產生的熱量成為研究熱點。壓電風扇是一種利用壓電片的諧振作用帶動彈性膜片發(fā)生彎曲從而產生風力的裝置。由于壓電陶瓷的逆壓電效應，壓電片產生周期性的收縮和膨脹，驅動彈性膜片發(fā)生彎曲諧振，在膜片周圍產生一系列的渦串。這些渦串在發(fā)展、運動的過程中與周圍流體發(fā)生干涉融合，從而聚合成一股自膜片尾端向下游輸運的連續(xù)射流。雖然壓電風扇的扇面很小，但因其振動頻率高
4、、風力集中而不擴散、噪聲小和耗能低等優(yōu)點，同時，彈性膜片誘導的流動伴隨渦流的特征，可以起到強化對流換熱的作用，因此作為低能耗高效率散熱器，壓電風扇有望取代傳統(tǒng)風扇，在微電子元件有效散熱方面具有廣泛的應用前景。壓電風扇誘導的氣流流動具有非定常的流動特征，國內外研究人員針對壓電風扇的流動特征和壓電風扇的對流換熱特性已經開展了一系列初步的研究工作，Toda[11針對壓電風扇誘導的氣流流動進行了理論和實驗研究，提出了簡化的壓電風扇振動模型預測影響壓電風扇性能的膜片結構，研究表明風扇振動誘導的體積流量正比于膜片的寬度，而長度的影響相對較小。Ihara和Wa—tanabe[21對雙壓電
5、膜片的激勵流場進行了顯示實驗，研究表明膜片間距對于反向振動的膜片下游流動具有顯著的影響，但對于同向振動的雙膜片激勵流場則影響甚微。Acikalin等[31對壓電風扇二維流場進行了數(shù)值研究，Kim等[43利用三維粒子圖像測速儀(PIV)對壓電風扇產生的流場進行收稿El期：2012—07—10：退修5t期：2012—12—13：錄用日期：2013-01—22；網(wǎng)絡出版時間：2013-01—2508：39網(wǎng)絡出版地址：WWWcnki．net／kcms／deta¨／11．1929V20130125．0839001．html基金項目：國家自然科學基金(51106073)；航空科學基金
6、(2011ZB52020)*通訊作者．Tel：025．84892805E-mail：tanlei@nuaa．educn戤用格武；TanL，TanXM．ZhangJZ．NumericalinvestigationonunsteadyflowandheattransfercharacteristicsofpiezoelectricfanActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(6)：1277—1284i譚蕾，譚曉茗．張靖周壓電風扇激勵非定常流動和換熱特性數(shù)值研究．航空學報，2013，34(6)：1277-1284．航空學報Jun．2
7、52013VoI．34No．6了測量，Wait等[51研究了高階諧振頻率下的壓電風扇激勵流場，Kimber等[63實驗研究了壓電風扇的壓力和流動特性。上述針對壓電風扇流場的研究揭示出其具有的復雜流動特征，特別是壓電風扇的激勵方式對于流動特性的影響。在利用壓電風扇強化傳熱研究方面，國外眾多研究人員對壓電風扇的冷卻或傳熱特性進行了數(shù)值和實驗研究[712
8、，揭示了其強化傳熱的機理和效果。壓電風扇誘導的流場中渦系發(fā)展、速度分布及換熱特性十分復雜，目前對其內在物理特征的認識還需要開展不斷深入地研究。本文運用數(shù)值計算的方法，基
