Математические модели и методы исследования конвективных потоков жидкостей и газов в системах охлаждения устройств радиоэлектроники

• Автор: Ермолаев, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 292 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ, КОМПЛЕКС ПРОГРАММ, МОДЕЛИРУЮЩИХ ТЕЧЕНИЯ ИЗОТРОПНЫХ И АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД В ТЕПЛОВЫХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
1.1. Описание программ комплекса. Алгоритмические принципы построения. Основные модули. Структура данных
1.2. Особенности метода конечных элементов Галёркина применительно к кругу решаемых задач
1.3. Анализ моделей естественной термогравитационной конвекции. Уравнения Буссинеска (Обербека -Буссинеска) в переменных «вихрь скорости -функция тока -температура». Безразмерный вид уравнений Буссинеска
1.4. Анализ моделей естественной термогравитационной конвекции в анизотропных жидкостях. Уравнения Буссинеска для нематической жидкости
1.5. Анализ модели изотермической электроконвекции. Уравнения электроконвекции в переменных «вихрь скорости- функция тока- объёмная плотность зарядов». Безразмерный вид уравнений изотермической электроконвекции
1.6. Особенности постановки граничных условий для вихря скорости. Метод и алгоритм вычисления вихря скорости на твёрдых непроницаемых
границах
Глава 2. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИССИПАТИВНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР КОНВЕКЦИИ РЭЛЕЯ-БЕНАРА И ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СЛОЯХ

ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, ПОДОГРЕВАЕМЫХ СНИЗУ, ЛИБО ОХЛАЖДАЕМЫХ СВЕРХУ
2Л. Анализ маломодовых моделей термогравитационных течений
2.2. Диссипативные структуры многовихревой естественной конвекции в горизонтальном слое, подогреваемом снизу постоянным равномерным тепловым потоком
2.3. Температурные волны в горизонтальном слое жидкости, охлаждаемом сверху
2.4. Влияние продольного течения на формирование структур
термогравитационной конвекции в плоском горизонтальном слое
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ И СМЕШАННОЙ ТЕРМОКОНВЕКЦИИ В ЭЛЕМЕНТАХ И УЗЛАХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ УСТРОЙСТВ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
3.1. Смешанная конвекция в горизонтальных каналах, слоях, щелях в присутствии граничного источника тепла
3.2. Смешанная конвекция в вертикальных каналах, слоях, щелях в присутствии граничного источника тепла
3.3. Смешанная конвекция в вертикальных каналах, слоях, щелях в присутствии нескольких граничных источников тепла на стенке
3.4. Смешанная конвекция в областях нерегулярной формы с неоднородными тепловыми условиями на границах
3.5. Естественная конвекция в горизонтальных каналах с сечением нерегулярной формы
3.6. Моделирование конвективно-кондуктивного (сопряжённого)
теплообмена в системе микроканалов
Глава 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ОСЛАБЛЕННЫХ ТЕРМОГРАВИТАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ И УЗЛАХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ УСТРОЙСТВ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

4.1. Влияния геометрических параметров на эффекты ослабленной конвекции
4.2. Влияние тепловых граничных условий на локальные особенности ослабленной естественной конвекции в квадратной области
4.3. Влияния физических свойств среды (числа Прандтля) на локальные эффекты ослабленной конвекции в подогреваемой снизу прямоугольной области
Глава 5. МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОКОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
СЛАБОПРОВОДЯЩИХ ЖИДКОСТЙ В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ
ПОЛЕ
5.1. Физические механизмы возникновения электроконвективных (ЭК)
течений жидких и газообразных диэлектриков
5.2. Определение методом вычислительного эксперимента напряжённости электрического поля, соответствующего кризису потери устойчивости равновесия плоскопараллельного слоя и возникновению изотермической электроконвекции в слабопроводящей жидкости с униполярной инжекционной проводимостью
5.3. Метод и алгоритм проверки адекватности модели инжекционных свойств системы электрод-слабопроводящая жидкость на основе данных натурного эксперимента Исследование униполярной инжекции при электроконвективном движении в плоскопараллельном слое
5.4. Исследование методом вычислительного эксперимента устойчивости стационарных пространственно-периодических вихревых структур изотермической электроконвекции в плоскопараллельной системе электродов
5.5. Метод и алгоритм изучения взаимодействия вихревых структур. Исследование особенностей формирования и взаимодействия пространственнопериодических диссипативных структур многовихревой изотермической электроконвекции

где / - объемные силы (действующие на единицу массы), <ту
поверхностные силы (действующие по нормалям и по касательным к поверхности).
В уравнении (1.9) количество движения, которым обладает газ (жидкость)
в объеме есть | рУ сЮ., а количество движения, выносимое через границу равно

рУ{У-п)(18.
И уравнение сохранения энергии записывается как:
-p{Ÿ-n)dS+ p{f -V)d£l-(q-n)dS+ QdÇl (1.10),
s n s n
где є - внутренняя энергия единицы массы; W - модуль вектора скорости, р - газокинетическое давление, Q - мощность объемных источников энергии, q - вектор плотности теплового потока, который определяется законом Фурье: q = -Л grad Т, À - коэффициент теплопроводности, который является, вообще говоря, функцией термодинамического состояния среды А = Л(р,Т).
Изменение полной энергии среды (внутренней + кинетической)
Г W2
происходит за счет переноса через границу: I p{s

внешних сил, объемных (массовых): p(f-V)d£l, и поверхностных:

-1 p(V n)dS ; внутренних источников тепла: JQdQ (например, джоулев нагрев

в проводящей жидкости) и процессов теплопроводности: J (q n)dS.