不同參數(shù)及工況對(duì)流體流動(dòng)換熱的影響畢業(yè)論文

1、1第1章緒論1.1研究的背景及意義現(xiàn)代高科技的發(fā)展越來(lái)越傾向于關(guān)注那些發(fā)生在小尺度和快速反應(yīng)過(guò)程中的現(xiàn)象及其相應(yīng)器件上。對(duì)二十一世紀(jì)的人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這不僅僅是一個(gè)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)代，更意味著引領(lǐng)世紀(jì)高端的挑戰(zhàn)。雖然微流體器件和微小傳熱器件的商業(yè)化過(guò)程仍然處于發(fā)展時(shí)期，但是它所具備的那些優(yōu)勢(shì)——體積小，重量輕，日漸引起研究者的青睞。目前微尺度的應(yīng)用正處于積極的探索之中，基于人們對(duì)微尺度的基本傳熱和流動(dòng)過(guò)程中的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的與日俱增的需求

2、，系統(tǒng)也會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，而研究者們也正積極開(kāi)辟其新的工程應(yīng)用和市場(chǎng)。1.1.1微通道的研究背景早在1959年，物理學(xué)家RidP.Feynman在美國(guó)物理協(xié)會(huì)上宣讀的一篇經(jīng)典論文“There’sPlentyofRoomattheBottom[1]”，在預(yù)言出設(shè)備和系統(tǒng)微小型化的同時(shí)也奠定了微通道發(fā)展的立場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的微米納米技術(shù)(MicroNanoTechnology)蓬勃發(fā)展的同時(shí)也建立起以微米納米技術(shù)為基礎(chǔ)的微系統(tǒng)(Mic

3、roSystems)，它是集微結(jié)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口、微能源等于一體的，但是都有一個(gè)共同特征——物質(zhì)和能量的輸運(yùn)均發(fā)生在有限的微小結(jié)構(gòu)內(nèi)，并且其特征尺寸都僅在1um至1mm之間。物質(zhì)的輸運(yùn)和相互作用的過(guò)程是避免不了流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的，而且任何不可逆過(guò)程中能量的耗散有一部分都是以熱的形式體現(xiàn)的，并且化學(xué)反應(yīng)或相變過(guò)程中的任意分子重構(gòu)也必然涉及到與周?chē)h(huán)境的能量交換問(wèn)題。因此，對(duì)于所有微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用來(lái)說(shuō)，全

4、面了解微系統(tǒng)在特定尺度內(nèi)微機(jī)電性質(zhì)及材料的熱物性、熱行為等已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)。1.1.2微通道的發(fā)展在微系統(tǒng)積極應(yīng)用的前景下，微通道換熱器應(yīng)運(yùn)而生。微通道換熱器是一種具有傳熱溫差小、傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊以及冷卻性能好等眾多優(yōu)點(diǎn)的新興強(qiáng)化換熱裝置。1981年，Tuckerman和Pease首次在硅制VLSI(VeryLargeScaleIntegration)芯片上蝕刻了微通道熱槽，構(gòu)造出了第一個(gè)由單個(gè)或多個(gè)并聯(lián)微通道組成的微通道換熱

5、器3圖1微通道換熱器的基本結(jié)構(gòu)(1)集成電路的散熱問(wèn)題微電子器件的可靠性對(duì)溫度十分敏感，當(dāng)器件溫度在范圍時(shí)，其每增加CC??80~701，它的可靠性就會(huì)下降5%。因此，隨著集成度快速增長(zhǎng)而日益迅速發(fā)展的高性能電C?子器件冷卻散熱機(jī)構(gòu)正處于不斷優(yōu)化的階段。例如核心頻率為的PentiumIV處理器，在熱耗散為，熱流密度約為GHz2W75，芯片能夠穩(wěn)定工作的前提下，系統(tǒng)所允許的最高溫度是。滿(mǎn)足這261045.0mW?C?85一要求的空冷風(fēng)扇轉(zhuǎn)

6、速為，產(chǎn)生的約為空氣流量，以及rpm6000~3500min106ml的噪聲已經(jīng)接近人類(lèi)正常操作的極限了，因此傳統(tǒng)的風(fēng)扇空冷技術(shù)必須被新的dB4535?冷卻技術(shù)所取代。世界上最大的電腦芯片制造商Intel公司認(rèn)為，如果芯片的性能繼續(xù)以目前的高速度發(fā)展，那么其前進(jìn)路上的兩大問(wèn)題就是——耗能和散熱橫，這兩個(gè)問(wèn)題的解決與否將直接影響整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，市場(chǎng)上更加迫切需要一些新型的散熱結(jié)構(gòu)或材料來(lái)解決高熱流密度電子設(shè)備中的散熱問(wèn)題。(2)