基于调控流场的离子风强化换热技术研究

The air corona ionic wind technology has good application prospect in the field of electronic component enhanced heat transfer. It is the key problem to improve the ionic wind enhanced heat transfer coefficient, the power of heat transfer and energy utilization. This project uses a multipin - the radiator metal electrode ionic wind actuator, with the purpose of building the ionic wind actuator integrated with heat radiator. Firstly, Studying the velocity field distribution of the ionic wind actuator, the corona distribution state and the electric field distribution, then mastering the relationship between they and enhanced heat transfer coefficient. Finally, achieving the best economic performance of low-power and high heat transfer by regulating the velocity field of ionic wind. In addition, adopted strengthening air velocity of the boundary layer,the heat transfer coefficient, the power of heat transfer as well as energy utilization can be further improved. and grasp the ionic wind flow field regulation for the future application of the theoretical basis. The mechanism of heat transfer enhancement by ionic wind can be revealed in this project. Meanwhile, the regulation of velocity field can be grasped, and that can be used to guide application in the future.

空气电晕离子风技术应用于电子元器件强化换热方面具有非常好的前景，提高离子风强化换热系数，增加换热功率和能量利用率是关键。本项目采用多针-散热器金属电极的离子风激励器，旨在构建离子风激励器与散热器一体化的散热装置，通过实验研究离子风激励器的流场分布规律，电晕区分布状态和电场分布，掌握三者与强化换热系数之间的关系，并通过调控离子风流场分布使激励器达到低能耗高换热的最佳性能，同时通过调控散热器附面层空气流速，进一步提高换热系数，增加换热功率和能效。本项目的研究将进一步揭示空气电晕离子风强化换热的机理，掌握离子风流场调控方法，为今后应用提供理论基础。

本项目的研究内容和目标是集中研究离子风激励器的流场分布、电场分布和电晕区分布以及温度场分布同强化换热关系，通过调控空气电晕离子风流场分布提高强化换热系数、增强换热功率和提高能量利用效率，使空气电晕离子风散热技术走向实际应用。.本项目提出了通过调控离子风流场强化换热能力，同时也提出了利用离子风提高速度边界层空气流体的流速进一步增加换热能力。本项目采用了PIV粒子测速系统对各类基本电极结构的离子风激励器的流场分布进行测量，同时也建立了电、流体和热相互耦合的多物理场模型对离子风激励器的电场、流场及温度场进行了数值模拟，通过实验与仿真相结合的手段构建散热一体化的离子风激励器。目前取得的成果有：.(1) 掌握离子风激励器的流场调控方法与增强换热能力的原理：对离子风激励器流场的实验测量，撑握了通过电压、电晕电极类型、数量与分布，地电极类型，以及单级串联和并联等方法来调控离子风激励器的流速与分布；通过上述方法最大化离子风激励器的强化换热能力。.(2) 建立了离子风的多物理耦合数值仿真模型：采用comsol软件建立了以静电、不可压缩流体和共轭传热模块相互耦合的多物理数值仿真模型，实现对离子风激励器产生的电场、流场与温度场同换热系数的协同分析，进而优化离子风激励器的结构。.(3) 初步构建了一种散热一体化的离子风激励器：5×7阵列针-板（散热体）电极的离子风激励器，窗口尺寸75mm×40mm，强化散热系数比最高为5.5。