矩形截面微通道熱沉散熱性能研究.pdf

1、近年來，電子元器件及設(shè)備已經(jīng)滲透到高科技和現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域，其大功率、高集成度、高熱流密度的發(fā)展趨勢，使得微機(jī)電系統(tǒng)的散熱冷卻技術(shù)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而矩形截面微通道熱沉作為一種高效的散熱手段，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造加工較易等優(yōu)點(diǎn)而受到研究人員的廣泛關(guān)注。論文從影響熱沉散熱性能的因素考慮，研究了矩形截面微通道熱沉的散熱性能。
　　首先，針對矩形通道內(nèi)流體單相穩(wěn)態(tài)層流流動與換熱問題，理論推導(dǎo)了均勻熱流密度邊界條件下，矩形通道內(nèi)充分發(fā)

2、展層流流動的速度分布以及對流換熱努賽爾數(shù)Nu的解析表達(dá)式。指出，通道內(nèi)垂直于通道高度方向的任意截面，速度分布均呈拋物線狀，且截面最大速度是截面平均速度的1.5倍;努賽爾數(shù)Nu是一常數(shù)，大小與通道高寬比α有關(guān)，當(dāng)通道高寬比趨于無窮大時，Nu趨近于固定值8.23，這與相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)論吻合良好。
　　其次，通過數(shù)值模擬的方法建立了銅基矩形截面微通道熱沉的三維共軛傳熱模型，研究了以純水為冷卻介質(zhì)，系統(tǒng)泵功和熱沉基本尺寸不變的條件下，熱沉

3、總熱阻隨通道高寬比α、通道孔隙率β以及通道數(shù)N的變化規(guī)律;并在此基礎(chǔ)上，研究了熱沉的最佳通道結(jié)構(gòu)參數(shù)配置以及以最佳通道結(jié)構(gòu)為例，探討泵功對熱沉性能的影響。指出，通道高寬比α、通道孔隙率β以及通道數(shù)N對熱沉散熱性能的影響主要體現(xiàn)在這三個參數(shù)所耦合影響著的熱沉總熱阻的三個組成部分（固體導(dǎo)熱熱阻Rcond、流體對流換熱熱阻Rconv、流體熱量熱阻Rheat）的熱阻值是增大抑或是減小。熱沉總熱阻的變化趨勢取決于三者變化量之間的平衡關(guān)系。研究還發(fā)

4、現(xiàn)，泵功是影響熱沉熱阻的重要參數(shù);當(dāng)熱沉結(jié)構(gòu)固定時，在一定范圍內(nèi)增大系統(tǒng)泵功，能夠顯著增強(qiáng)熱沉散熱性能。
　　最后，從冷卻介質(zhì)的角度考慮，研究了新一代冷卻介質(zhì)——納米流體應(yīng)用于微通道熱沉，其基液性質(zhì)、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)、顆粒種類及尺寸等參數(shù)對熱沉散熱性能的影響;并探討了納米流體在微通道中的流動壓降特性。發(fā)現(xiàn)，納米流體基液的性質(zhì)及顆粒體積分?jǐn)?shù)對熱沉散熱性能有著重要的影響;相反，顆粒種類及尺寸的變化對熱沉散熱性能影響不大;低體積分?jǐn)?shù)的納