微細(xì)通道中對流換熱的強化.pdf

1、電子元器件的小型化和高集成度使得其熱流密度不斷增加，散熱問題已經(jīng)嚴(yán)重制約著微電子器件的高速發(fā)展。本文采用微細(xì)通道熱沉作為散熱結(jié)構(gòu)方式，通過幾何結(jié)構(gòu)和流體的改變來獲得更好的流動與換熱效果。
　　結(jié)構(gòu)上在熱沉通道中插置交錯布置的菱形針肋，通過減小針肋的迎流角度和對垂直于熱沉入口流向的尖角切除兩種方式進(jìn)行流動和換熱的優(yōu)化。建立三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬，流態(tài)從層流過渡到湍流，力求得到最優(yōu)的針肋結(jié)構(gòu)。模擬研究表明，針肋角度θ越大，擾動越強烈，流

2、動渦區(qū)越大，流動邊界層分離越嚴(yán)重，因此換熱越好，但是進(jìn)出口壓差也越大，綜合熱-水力性能h/Δp隨著針肋角度的減小而增大；在不同針肋角度θ下，隨著邊角切除深度δ的增大，雖然換熱系數(shù)有所下降，但是進(jìn)出口壓差Δp大大減小，綜合熱-水力性能h/Δp提高。隨著δ的增大，熱沉加熱面的溫度分布更加均勻，出口處最高溫度也有所降低。δ>0.1mm時，進(jìn)出口壓差Δp減小不明顯，綜合熱-水力性能基本不變。
　　在改變流體方面，對比低熔點液態(tài)金屬鎵和水兩

3、種流體在簡單的矩形通道中工作時的換熱效果，建立三維模型，通過層流數(shù)值模擬得出結(jié)論：Re越大，也即流速越大，鎵作為流體工質(zhì)換熱效果越優(yōu)于水；通過改變加熱面位置和尺寸時發(fā)現(xiàn)，對比水，液態(tài)金屬鎵作為流體工質(zhì)更適合功率更高、尺寸更小的芯片等需要換熱的設(shè)備，而且通道長度越小，鎵作為流體時熱沉換熱效果更好，說明鎵作為流體工質(zhì)時可以將熱沉尺寸做的更??；增加微通道寬度，以鎵作為流體工質(zhì)可以增強換熱，與水作為流體時的結(jié)論相反，說明液態(tài)金屬鎵作為流體工質(zhì)散