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《壓電風(fēng)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(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61277．1284ISSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．educnhkxb@buaaedu．CR壓電風(fēng)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(xué)航天學(xué)院，江蘇南京2100162．南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院，南京210016摘要：利用動網(wǎng)格技術(shù)對壓電諧振風(fēng)扇產(chǎn)生的非定常流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，以期進(jìn)一步揭示壓電風(fēng)扇的流場特征和換熱特性。研究表明：壓電風(fēng)扇上下兩個區(qū)域均出現(xiàn)渦流，
2、渦向相反(壓電風(fēng)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(fēng)扇自由端距離的增大呈現(xiàn)單調(diào)衰減的趨勢，而是在距離壓電風(fēng)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(dá)到最大型面的瞬間渦核所處位置。渦串發(fā)展、運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)的地方。關(guān)鍵詞：壓電風(fēng)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(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10006893(201
3、3)06一i277—08微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)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(dǎo)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(chǎn)生的熱量成為研究熱點。壓電風(fēng)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(chǎn)生風(fēng)力的裝置。由于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，壓電片產(chǎn)生周期性的收縮和膨脹，驅(qū)動彈性膜片發(fā)生彎曲諧振，在膜片周圍產(chǎn)生一系列的渦串。這些渦串在發(fā)展、運(yùn)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(yùn)的連續(xù)射流。雖然壓電風(fēng)扇的扇面很小，但因其振動頻率高
4、、風(fēng)力集中而不擴(kuò)散、噪聲小和耗能低等優(yōu)點，同時，彈性膜片誘導(dǎo)的流動伴隨渦流的特征，可以起到強(qiáng)化對流換熱的作用，因此作為低能耗高效率散熱器，壓電風(fēng)扇有望取代傳統(tǒng)風(fēng)扇，在微電子元件有效散熱方面具有廣泛的應(yīng)用前景。壓電風(fēng)扇誘導(dǎo)的氣流流動具有非定常的流動特征，國內(nèi)外研究人員針對壓電風(fēng)扇的流動特征和壓電風(fēng)扇的對流換熱特性已經(jīng)開展了一系列初步的研究工作，Toda[11針對壓電風(fēng)扇誘導(dǎo)的氣流流動進(jìn)行了理論和實驗研究，提出了簡化的壓電風(fēng)扇振動模型預(yù)測影響壓電風(fēng)扇性能的膜片結(jié)構(gòu)，研究表明風(fēng)扇振動誘導(dǎo)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(jìn)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(fēng)扇二維流場進(jìn)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(fēng)扇產(chǎn)生的流場進(jìn)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(luò)出版時間：2013-01—2508：39網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／deta¨／11．1929V20130125．0839001．html基金項目：國家自然科學(xué)基金(51106073)；航空科學(xué)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(fēng)扇激勵非定常流動和換熱特性數(shù)值研究．航空學(xué)報，2013，34(6)：1277-1284．航空學(xué)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(fēng)扇激勵流場，Kimber等[63實驗研究了壓電風(fēng)扇的壓力和流動特性。上述針對壓電風(fēng)扇流場的研究揭示出其具有的復(fù)雜流動特征，特別是壓電風(fēng)扇的激勵方式對于流動特性的影響。在利用壓電風(fēng)扇強(qiáng)化傳熱研究方面，國外眾多研究人員對壓電風(fēng)扇的冷卻或傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值和實驗研究[712
8、，揭示了其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理和效果。壓電風(fēng)扇誘導(dǎo)的流場中渦系發(fā)展、速度分布及換熱特性十分復(fù)雜，目前對其內(nèi)在物理特征的認(rèn)識還需要開展不斷深入地研究。本文運(yùn)用數(shù)值計算的方法，基
