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航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性研究
航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性研究
引言
航空电子设备是现代航空技术中不可或缺的一部分。随着航空技术的不断发展，飞行器的空速和载荷越来越大，航电设备在使用过程中产生的发热量也越来越大。对于这些发热器件，需要进行冷却，同时还需要提高传热效率。使用扩展表面技术是一种提高传热效率的有效方法。
本文主要围绕航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性展开研究，探讨扩展表面技术为航电设备散热带来的优势。
传热与扩展表面技术概述
传热是指物体间的热量传递过程。热量传递方式可以分为三种：热传导、热对流和热辐射。热传导是指热量通过物体内部分子间的碰撞传递；热对流是指热量通过流体的运动传递；热辐射是指热量以电磁波的形式通过空气或真空传递。不同的热量传递方式对应着不同的传热系数，即热量传递速度。
扩展表面技术是指在传热器件的表面上采取一定的增加表面积的措施，从而提高传热效率的技术。扩展表面技术主要包括可控扩散（ControlledDiffusion）、加强传热材料（EnhancedHeatTransferMaterial）、扩展表面的增加和增加表面网络的通量（Increasingthesurfaceareaandfluxdensityofthenetwork）等等。
冷通道设计
航电设备的冷却系统往往采用内部冷却作为散热方式。在内部冷却系统中，冷却水从冷却塔等地方流入设备内部的管道，经过散热器件、加热器件等地方，将产生的热量带走，最后流出。
为了提高传热效率，需要对冷通道进行优化设计。具体来说，需要考虑管道的形状、流速、流动状态等因素。较为常用的冷通道管道形状有直管、螺旋管等。直管的传热面积比较小，不够扩展表面技术所要求的，不过工艺简单，容易制作。螺旋管传热面积相对较大，但工艺难度较大，有一定的制造难度。
流速对于传热效率也有明显的影响。流速越大，传热系数越高。但是流速过大也会导致水润滑不够，产生气泡，流体状态不稳定。因此冷通道的设计还要结合具体情况进行选择。
扩展表面的研究
扩展表面可以在不增加冷却水的流速的情况下，提高传热面积。扩展表面的研究主要包括微细结构表面、腔道表面三种类型。
微细结构表面主要包括内置突起、细纹、膨胀孔等。内置突起是在散热器表面形成微细结构，增加表面积的技术。内置突起的形状有不同的几何形状，不同的几何形状对于传热系数的影响有所不同。细纹是通过在散热器表面刻出一定的平行细纹，从而增加表面积。膨胀孔是在散热器表面打出一定的孔洞，从而增大表面积。
腔道表面包括凹槽、螺旋槽、循环流动表面等。凹槽是通过在散热器表面刻出一定的凹槽，使得水在凹槽中流动，增加传热面积。螺旋槽是通过在管子内刻出螺旋状凹槽，使水在管子内螺旋流动，增加传热面积。循环流动表面则是以循环流动的方式控制水的流动，从而增加传热面积。
传热特性的数值模拟
通过数值模拟，可以预测不同形式的扩展表面对于传热效果的影响，并设计出最优的扩展表面结构。数值模拟包括二维流动数值模拟和三维流动数值模拟两种。二维流动数值模拟主要针对平板表面的传热问题，三维流动数值模拟则主要用于研究三维结构的传热问题。
数值模拟需要确定一些参数，如Reynolds数、Prandtl数等。Reynolds数反映流动状态的稳定性，Prandtl数反映流体传热特性的物理性质。通过数值模拟研究不同参数对于扩展表面传热效果的影响，可以得到最优的扩展表面设计。
结论
航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性是一个复杂的研究领域，通过对不同形式的扩展表面的研究，可以提高传热效率，减小设备内部温度，从而保证设备的正常工作。这项研究对于现代航空技术的不断发展具有重要意义。