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文檔簡介
1、近十多年以來,微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和納米技術(shù)得到了空前的發(fā)展,人類正從米、厘米的宏觀世界朝著微米、納米的微觀世界的道路上走下去,作為微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的一個重要分支——微流體技術(shù),在近些年來,也已經(jīng)有了很大的發(fā)展,取得了可觀的進(jìn)步。在新的時代里,電子元器件微小化是必然趨勢。這些隨著時代應(yīng)運而生的微型電子元器件改變了人類的生活方式,從此進(jìn)入“微時代”。隨著現(xiàn)代電子元器件集成程度越來越高的這種趨勢,各種電子元器件的功率越來越高、局部的熱流密度越來越大
2、,而導(dǎo)致這些集成化元器件失效的重要原因是,其工作時溫度過高,不能準(zhǔn)確有效地運行。于是微尺度下的流動和傳熱的問題就日益突出,并逐漸成為這些科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域邁向更高臺階進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。而微尺度加工技術(shù)的迅速發(fā)展的今天,使得電子元器件的體積越來越微小,重量越來越輕,功能越來越強(qiáng)大,集成度越來越高,為解決微尺度換熱問題提供了良好的先決條件,微尺度科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中逐漸成為研究的前沿。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,微尺度領(lǐng)域里傳熱、散熱也成了亟待突破
3、的難題。于是,這就給散熱技術(shù)提出了更高的要求,而針對這種高集成電子元器件,微通道散熱是最理想、最有效的方式,也是在散熱領(lǐng)域里的一個重要發(fā)展方向。
本文開展了對微通道散熱的理論研究,并建立了帶擾流結(jié)構(gòu)的微通道的模型,以及傳統(tǒng)長直微通道模型,和相應(yīng)的研究方法。通過研究傳統(tǒng)長直微通道在均勻熱載荷下的溫度分布以及換熱效率,分析其結(jié)果并對傳統(tǒng)長直微通道方案的基礎(chǔ)行加以改進(jìn),其具體的實施方案是在傳統(tǒng)長直微通道的基礎(chǔ)上,增添了結(jié)構(gòu)簡單的障礙
4、物即擾流結(jié)構(gòu),這種帶擾流結(jié)構(gòu)的微通道的強(qiáng)化傳熱的機(jī)理是利用障礙物使流體產(chǎn)生徑向流動,從而加強(qiáng)微通道內(nèi)流體的混合,并使流體在通道內(nèi)流動的時候形成擾流漩渦,從而破壞流體流動的邊界層,同時擾動的流體可以獲得較高的對流傳熱系數(shù),增強(qiáng)流體與微通道壁面之間的換熱效率。接著研究了擾流肋片的疏密程度對換熱的影響,分別對相同長度段的微通道設(shè)置了4肋片跟6肋片兩種不同情況,計算得到其溫度分布云圖,分析對比得到結(jié)論。然后研究了入口速度對微通道換熱的影響,分別
5、設(shè)置了5個不同的入口速度,計算其速度場,溫度場,壓力場,最終分析得出結(jié)論。
本文的研究方法是應(yīng)用ANYSY CFD ICEM軟件建立帶擾流結(jié)構(gòu)的微通道以及傳統(tǒng)長直微通道的二維模型,然后將模型分別導(dǎo)入FLUENT軟件中進(jìn)行定義固體材料以及流體屬性的前處理,然后并選擇 SIMPLE算法計算在均勻熱流量載荷的條件下,分別模擬計算傳統(tǒng)長直微通道與帶擾流結(jié)構(gòu)的微通道流體流動情況,研究了不同疏密程度的擾流肋片進(jìn)行計算分析對比。然后設(shè)置不同
6、的入口速度進(jìn)行計算,將得到的溫度分布云圖、壓力場、速度矢量圖、熱源處溫度分布圖以及流固交界面溫度分布圖進(jìn)行對比,最終分析得出的結(jié)論是:
(1)隨著入口速度增大,雷諾數(shù)增大,壓降也隨之增大,即所須提供微通道流體流動的輸送動力增加。
?。?)對于已經(jīng)確定以水為工質(zhì)的微通道內(nèi),微通道的換熱能力隨著流體流速的增大而增強(qiáng),當(dāng)入口流體流速增大到一定程度是,換熱能力維持在一個穩(wěn)定的水平。所以在一定的范圍內(nèi),可以通過增大流體速度,已達(dá)
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