Конвективный однофазный теплоперенос в компактных микроканальных системах охлаждения поверхностей с интенсивным тепловыделением

Цель: идентификация гидротермических характеристик с учетом структуры компактных микроканальных систем охлаждения поверхностей при интенсивном тепловыделении и выявление закономерностей конвективного однофазного теплопереноса в них методами математического моделирования и экспериментального исследования, создание конструкционных схем на их основе. Линеаризация уравнений Дарси - Бринкмана - Форчхеймера позволила рассматривать конвективный теплообмен в пористых структурах в виде гидродинамической и термической подзадач. На основе аналитических выражений для локальных полей температур теплоносителя и матрицы проведена оценка гидродинамического начального участка. Аналитически решены гидродинамическая и тепловая подзадачи конвективного теплообмена в пористых средах в 3D-формате. Решение позволяет оценивать возможность появления фазовых переходов. Получена точная оценка времени релаксации переходных гидротермических режимов пористого теплообменника. Математическая модель адаптирована для описания конвективного теплообмена в микроканальных регулярных средах, что позволило упростить анализ гидродинамических и тепловых режимов в пористых средах и предложить критериальные соотношения для расчета основных параметров конвективного теплообмена. Сравнительный анализ применения разработанных моделей и специализированного пакета ANSYS позволяет определить рациональные характеристики разрабатываемых теплообменников. Пилотные эксперименты на микроканальных теплообменных элементах на специально созданных стендах подтвердили корректность и адекватность принятого подхода при синтезе математических моделей для конвективного теплообмена в стохастических и регулярных пористых структурах. Разработанная инженерная методика расчета позволила предложить эффективную схему охлаждения катода плазмотрона и разработать с использованием технологии управляемого роста новый класс теплообменных элементов с регулярной структурой для охлаждения компактных микроэлектронных устройств, а также предложить гибридную систему термостабилизации для радиоэлектронных устройств. Результаты в виде технических решений защищены патентами РФ, а технические разработки внедрены в организациях.