压电风扇非线性气动阻尼及非定常流动换热特性研究文献综述

文献综述

文 献 综 述1选题的背景及意义压电风扇(piezoelectric fan)是一种驱动周围空气定向流动的强迫风冷装置，其原理是利用压电材料的逆压电效应，将电位差转化为材料的机械变形，从而激励柔性叶片产生周期性振荡。

相较于传统旋转式散热风扇，压电风扇具有无线圈电磁干扰、噪音极低、结构简单轻小、能耗低、寿命长等一系列突出特点，非常适合解决狭小空间内的冷却散热问题。

随着各类电子设备集成和组装密度的不断提高，压电风扇现已被广泛应用于许多高新技术领域（航空、航天、电力、通讯基站等）的热管理中，因此其相关技术的研究也日益发展。

然而，压电风扇强化对流换热过程涉及一系列复杂的科学技术问题，需要考虑多方面的因素分析其传热传质特性，主要包括振子的压电谐振过程、驱动射流及气流湍动过程、流固耦合过程、与热源对流换热过程。

其涵盖了多个学科的交叉问题，是一项工作量冗杂的基础性研究，对电子设备散热性能改进与发展的重要性也不言而喻。

针对压电风扇处于高密度组装的电子设备内部狭小空间下工作的实际情况，即在受限空间固壁与压电风扇振子谐振响应的相干影响下，由于压电风扇与其驱动的流场进行的强流固耦合特征，在振子靠近两侧固体壁面时，弯曲振动诱导的非定常流场将会受到固壁的强烈干扰，本课题旨在分析研究上述情况下压电风扇所受的非线性气动阻尼和其所驱动气流对下游热源的换热特性，从而为受限物理空间中压电风扇强化对流换热理论和技术的发展和完善提供一定的基础理论支撑。

2国内外发展及研究现状2.1国外发展及研究现状压电风扇的相关研究可追溯到上世纪70年代，Toda[1]提出了使用压电聚合材料驱动的振动叶片来诱导气流为电子设备提供冷却散热的概念，当时他就发现该压电振动风扇与传统风扇相比，仅需1/7的功率输入就能使下游气流达到相同的流速。

为进一步证实压电风扇用作散热冷却的可行性，Akaln等人[2]尝试将压电风扇用于笔记本电脑和手机的冷却散热，并对其传热性能进行了研究，发现压电风扇有效增强了流体在热源附近的混合和湍动发展，减缓了热量聚集停滞，压电风扇的散热性能明显优于自然对流。

Jaeik等人则[3]设计实验测试了在静止大气中压电风扇对加热平板的冷却效果，发现在风扇强迫对流下，加热平板局部温度显著低于自然对流情况，并分析了局部对流换热系数与涡旋运动的关系。