为了研究采用微槽群复合相变换热技术的大功率太阳花散热器多角度投光的方向效应及综合散热性能, 实验研究了散热器高度、功率以及采用微槽群复合相变换热技术后的过余温度、平均对流换热系数随出光倾角的变化规律, 并获得了出光倾角的Ra与Nu关联式。研究结果表明: 出光倾角小于90°时, 微槽群散热器热源过余温度大幅低于型材散热器, 在高度为90 mm, 出光倾角为30°, 输入功率为80,100,120,200 W时热源温度分别降低了11.6,13.3,18.9,26.7 K, 呈现出功率越大降幅越大的趋势; 出光倾角大于90°时, 微槽群散热器热源过余温度略高于型材散热器, 原因是微槽群散热器内部的真空环境影响散热器的均温性; 输入功率越高, 方向效应越明显; 散热器高度越低, 平均对流换热系数越大, 对比高度60 mm与高度90 mm, 在出光倾角为0°时, 功率为80,100,120 W时分别提高了27.5%、23.8%和24.2%。因此, 设计LED灯具散热器时应综合考虑散热器的方向效应。

自然对流的特征以及流体的流动特征受热源引起的流体密度差影响, 热源位置与冷却流体的密度差以及冷却流体在散热结构中的流动阻力密切相关。对以电子散热为背景的竖通道自然对流强化换热进行了分析, 通过编程计算分析了影响自然对流特征的热源布置、通道当量直径、气流物性变化等对壁温的影响, 讨论了自然对流的流动阻塞特征以及影响因素, 并将计算结果与CFD计算结果进行对比。在一定条件下讨论了竖直散热肋片在自然对流下热源最佳布置位置与最佳散热面积、产生流动阻塞的最大散热量等之间的关系, 可为肋片式散热器的设计优化提供参考。

细菌种类的快速识别在牙病防治中具有重要的应用价值。以牙周病原菌为研究对象,建立了DNA快速扩增的自然对流聚合酶链式反应(PCR)方法及毛细管电泳荧光光学检测系统。研究表明,当毛细管有效长度为8 cm、电场强度为100 V/cm时,50 bp DNA ladder在筛分介质为0.5%HEC(羟乙基纤维素)(1 300 K)中的分离效果最佳。毛细管电泳结果表明,采用自然对流法可以在25 min内在圆柱腔体中实现牙周病原菌的快速PCR。

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能，以一款基于热电制冷(TEC)的单颗LED小型灯具模组为研究对象，在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上，建立了有无TEC参与散热的等效热路模型，并选择合理的数学公式对其进行性能描述，进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下，施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能；LED热功率越低，安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大，能满足LED更高功率的散热需求；当LED为0.493 W时，优化后结构的最佳结温仅为15.66 ℃，远低于30 ℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型，能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。

实验研究激光对液体贮箱的辐照效应时，需测量贮箱内液体的流动状态。当壳体温度不超过液体的饱和温度时，贮箱内液体为自然对流形态。利用粒子图像测速（PIV）技术，搭建了二维数字PIV系统，实现了液体平面内的速度场测量。采用粒径1~5μm、密度1.05g/cm3的空心玻璃微珠微粒做为示踪粒子；利用532nm连续波激光器和三个平凸柱透镜构建了片光系统；采用装有微透镜阵列的CCD相机记录粒子图像；利用互相关算法处理粒子图像计算速度场。将此技术应用于激光辐照液体贮箱实验之中，实验结果与数值计算结果相符较好。

对某大型核反应堆非能动安全壳冷却系统（PCS）中安全壳外部的热环境进行了研究。建立了安全壳外部狭长空间的自然对流换热计算模型，基于Navier-Stokes（N-S）方程进行了求解，同时研究了安全壳出口高度对非能动安全壳冷却系统冷却性能的影响规律。结果表明：在标准大气压下、进口空气温度308.15 K时，基准型安全壳按面积加权的出口平均温度为330.33 K，引射的冷却空气质量流量为275.85 kg/s，冷却空气带走的热量为6160 kW；随着安全壳出口高度的增加，安全壳出口质量流量、换热量不断增加，但变化曲线斜率不断降低，最后趋于平缓，同时,衡量冷却空气有效冷却能力的温度效率线性降低，流动损失线性增大，兼顾换热量与流动损失存在一个最优解。

利用激光辐照靶目标时,被辐照部位可能是液体贮箱。通过实验测量与数值模拟的紧密结合,揭示了液体处于自然对流状态时激光辐照下贮箱侧壁温升及液体速度场的演化规律。结果表明：激光辐照初期,铝板中心温升率较高；随着壁面附近液体温度的升高,光斑附近速度边界层内的最大流速增大,传热强度亦增大,导致铝板温升率降低；当铝板吸收的激光能量能够基本被水的对流带走时,铝板中心的温升率趋于零。

根据质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，建立了自然对流情形下激光辐照液体贮箱的理论模型。通过方程分析法，导出了该问题的尺度律，在此基础上给出了激光辐照液体贮箱的缩比方法，并对一组实例进行了数值计算，得到了缩比模型与原型结果完全相似的结论，模拟结果证明了该问题尺度律的成立。为验证理论模型与数值求解的正确性，本文还针对小尺度模型进行了实验研究，数值模拟结果与实验测量结果符合较好，表明理论模型可靠有效。

为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应, 以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象, 采用实验测量法验证数值模拟的计算精度, 并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。结果表明: 不同倾角下的散热器肋间风道内的流速分布的较大差异, 是导致最大温升和温度均匀性变化的根本原因; 最高温度点的上、下游流速的差值可用于定量解释温度均匀性的变化规律。不同倾角下肋片间距对最大温升的影响趋势表明: 最佳间距附近的散热器性能对倾角的敏感度最高, 散热能力的方向效应不容忽视。

针对一款阵列型大功率LED投光灯的散热特点, 建立了关键散热结构的物理模型, 并基于等效热路法选用能正确表达其热传导和热对流性能的数学模型, 进而遵循本文设计的计算流程能快速计算出自然对流边界条件下的散热性能。通过与红外热像仪的实测温度进行比较, 发现二者数据吻合性好, 误差仅为+1.08%。随后经散热器关键结构参数对散热性能的影响趋势分析可以看出: 肋片间距对投光灯模型存在明显的最优选择, 宜采用5 mm的肋片间距; 增加肋片高度和减薄肋片厚度均能提升模型的散热性能, 但建议须同时考虑减重、成本和可加工性, 以获取更适宜的肋片高度(24 mm)和厚度(1~2 mm)。等效热路法可作为同类型LED灯具结构散热性能分析与优化的一种便捷而有效的研究方法。