【摘要】：熱管翅片散熱器作為管翅式換熱器眾多形式的一種,以其良好的傳熱性能廣泛應用于CPU等電子設備的散熱。氣側熱阻是散熱器總熱阻的主要組成部分,如何增強氣側的換熱以充分發揮熱管的良好傳熱性能成為一個重要課題。縱向渦發生器作為一種通過改變二次流分布來強化換熱的無源強化傳熱技術,能以較小的壓差損失獲得較好的強化傳熱效果。本文對加裝矩形小翼縱向渦發生器的熱管翅片散熱器流動和傳熱特性進行數值計算,并應用PIV激光粒子成像測速方法研究了圓柱下游布置矩形小翼縱向渦發生器的流場分布和流動形態。

　　通過數值模擬討論熱管橫向間距、翅片長度、管子縱向偏移量等管翅相對位置因素對散熱器流動和傳熱特性的影響。模擬結果表明：適當的橫向管間距是保證翅片散熱量的重要條件；減小翅片長度,有利于提高單位翅片面積散熱量；向下游適當偏移換熱管,可在一定程度上提高整體傳熱系數,而且小長度翅片相對提高程度較大。

　　通過數值模擬研究加裝矩形小翼縱向渦發生器對散熱器流動換熱特性的影響規律,討論了縱向渦發生器的迎流攻角、在翅片上的位置、弦長、漸擴漸縮布置等參數變化對其性能的影響。數值模擬的結果表明：在模擬流速范圍內,加裝矩形小翼縱向渦發生器使熱管翅片散熱器的整體傳熱因子提高15%～19%,相應阻力因子增加30%～42%；分析加裝縱向渦發生器的流道截面等速線圖、速度矢量圖和等溫圖,發現縱向渦改變了流場分布,促進了壁面附近與主流區流體的混合、減薄了傳熱壁面附近的熱邊界層、增加了溫度梯度,縱向渦發生器布于換熱管下游,起到抑制、削弱其尾流傳熱惡化區的作用；在模擬縱向渦發生器迎流攻角范圍內,攻角為30°時縱向渦發生器的綜合傳熱流動性能較佳；縱向渦發生器后置強化傳熱效果較好,前置較差,側置則介于前兩者之間；傳熱因子j和阻力因子f均隨縱向渦發生器弦長的增加而呈均勻的增加；迎流攻角30°后置,縱向渦發生器采用漸擴布置比采用漸縮布置強化傳熱效果好很多。

　　應用相似原理安排模型實驗,用水流模擬空氣的流動。在搭建的有機玻璃水槽實驗臺上,通過PIV激光粒子成像方法,研究了布置攻角為30°、60°的矩形小翼縱向渦發生器以及不布置縱向渦發生器的繞流圓柱的流場分布和流動形態。實驗結果表明：圓柱下游加裝矩形小翼不但形成一對旋向相反、左右對稱的沿主流方向向下游發展的縱向旋渦對,而且有抑制或消除圓柱下游回流區的作用；隨著縱向渦發生器迎流攻角的增大,縱向渦軸線與主流方向逐漸成一定夾角,同時伴隨著縱向渦持續強度的下降。PIV實驗測得的流場分布情況與數值模擬結果吻合,說明了數值模擬的有效性。