粗糙元對微細(xì)通道內(nèi)換熱特性的影響研究.pdf

1、微電子制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展極大推動著各類產(chǎn)品向微型化方向邁進(jìn)。為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，微細(xì)通道中的流動和換熱被應(yīng)用于電子集成電路、航空航天、核工程等技術(shù)領(lǐng)域，對其換熱特性的研究也正成為國際傳熱界的熱點(diǎn)。本文以軍用高功率電子芯片散熱問題為研究背景，對具有粗糙元表面的微細(xì)通道內(nèi)單相流和流動沸騰換熱特性展開仿真分析和實(shí)驗研究，并利用場協(xié)同理論對分析結(jié)果加以驗證，而后對軍用高功率電子器件進(jìn)行微細(xì)通道散熱方案設(shè)計。
　　本文首先建立了光滑、三角

2、形粗糙元、矩形粗糙元表面微細(xì)通道內(nèi)單相流換熱仿真模型，對比分析粗糙元形狀、間距和通道高度對流動和換熱特性的影響。研究結(jié)果表明：粗糙微細(xì)通道沿程總壓降大于光滑通道沿程總壓降，且三角形粗糙元的壓降程度高于矩形粗糙元。粗糙微細(xì)通道內(nèi)努賽爾數(shù)也大于光滑通道，且三角形粗糙元對努賽爾數(shù)的影響較矩形粗糙元更大，但元間距的增加會削弱換熱效果。同時，比較了不同高度的微細(xì)通道在全流場范圍內(nèi)速度矢量和溫度梯度點(diǎn)積值與雷諾數(shù)的變化趨勢并量化兩者角度的余弦值變化

3、規(guī)律，研究結(jié)果表明：通道高度的減小能夠優(yōu)化熱換，而單相流動中，逆流布置較順流布置的粗糙微細(xì)通道換熱效果更優(yōu)。
　　其次，建立了微細(xì)通道內(nèi)流動沸騰換熱的可視化實(shí)驗系統(tǒng)，實(shí)驗結(jié)果表明：隨著質(zhì)量流率的增加，三角形粗糙元的微細(xì)通道中始沸所需的熱流密度增大，始沸的壁面過熱度增大。在高熱流密度和低入口水溫條件下，微細(xì)通道內(nèi)沸騰汽泡的生長和湮滅周期變短，換熱效率增強(qiáng)。在單相流區(qū)域，逆流布置的粗糙元比順流布置更能增強(qiáng)微細(xì)通換熱效果，而進(jìn)入兩相區(qū)域