分形樹狀通道換熱器內(nèi)層流流動與換熱特性研究.pdf

1、隨著電子芯片集成化程度日益提高，其熱可靠性指標(biāo)也越來越苛刻，這就對芯片散熱裝置的換熱能力、泵功消耗以及溫度均勻性提出了更高的要求，迫切需要研發(fā)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新型換熱設(shè)備以實現(xiàn)高效冷卻、散熱。分形樹狀通道換熱器這一新型的高效散熱裝置具有溫度均勻性好、壓降小、熱有效性高的明顯優(yōu)勢，成為傳熱及電子冷卻領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，并在航空航天熱控系統(tǒng)、電子芯片散熱等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本文建立了分形樹狀通道換熱器內(nèi)層流流動和傳熱的三維穩(wěn)態(tài)模型

2、，考慮固-液界面耦合傳熱問題，對入口水力直徑為4mm的樹狀通道內(nèi)流動換熱進(jìn)行了數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了分叉效應(yīng)對傳熱的強(qiáng)化機(jī)理、各級通道內(nèi)的壓降及換熱器受熱面的溫度分布及熱有效性。研究結(jié)果表明：分叉處形成的二次流能有效地強(qiáng)化換熱；與傳統(tǒng)的蛇形通道相比，分形樹狀通道換熱器具有溫度均勻性好、壓降小、熱有效性高的明顯優(yōu)勢。在相同入口雷諾數(shù)時，分形樹狀通道換熱器的受熱面最大溫差約為蛇形通道換熱器的30％，層流流動壓降較之蛇形流道可減小50％以上，熱

3、有效性可達(dá)蛇形通道換熱器的3倍。 為了考察分叉效應(yīng)的影響，本文將不考慮分叉效應(yīng)的簡化計算結(jié)果與三維數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。與簡化計算結(jié)果相比，數(shù)值模擬中考慮分叉效應(yīng)的壓降明顯較大，這表明，在研究分形樹狀通道內(nèi)的流動壓降時，必須考慮分叉效應(yīng)的影響。 最后，本文研制了一套鋁制分形樹狀通道換熱器，搭建了分形樹狀通道換熱器流動換熱特性測試實驗臺，開展了該型換熱器層流流動和換熱的性能測試實驗，并將實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比驗