多孔介質(zhì)微通道散熱器的脈動(dòng)流傳熱特性分析.pdf

1、由于目前電子芯片的功率不斷提高而導(dǎo)致的發(fā)熱功率不斷增大以及芯片集成化的提高,現(xiàn)在得到廣泛使用的強(qiáng)制空氣對(duì)流的冷卻方法已經(jīng)慢慢無法滿足當(dāng)前電子設(shè)備的冷卻需求。為了避免電子設(shè)備因電子元器件的溫度過高造成的熱失效而無法正常工作,我們需要開發(fā)一種更有效的冷卻方式來針對(duì)高發(fā)熱量的元器件進(jìn)行散熱。
　　本文從微流動(dòng)傳熱的角度出發(fā),研究微通道中流體傳質(zhì)與傳熱特性。本文的內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分:一是研究邊界滑移現(xiàn)象對(duì)微流體傳質(zhì)與傳熱的影響;二是分析

2、脈動(dòng)流對(duì)微流體傳質(zhì)與傳熱的影響。
　　對(duì)于邊界滑移現(xiàn)象,我們首先在管徑為1um的圓管中分別設(shè)置無滑移邊界條件和滑移邊界條件來研究微流體的傳質(zhì)與傳熱特性;然后在不同管徑中(從1um到1000um)研究不同管徑中邊界滑移現(xiàn)象對(duì)微流體傳質(zhì)與傳熱的影響;最后研究邊界滑移現(xiàn)象對(duì)本文中所涉及的多孔介質(zhì)通道傳質(zhì)與傳熱特性的影響。仿真結(jié)果分析得出:在微/納米尺度的管道中,邊界滑移現(xiàn)象可以增強(qiáng)管道中流體的傳質(zhì)與傳熱特性,在管道尺度達(dá)到了毫米級(jí)時(shí),邊

3、界滑移現(xiàn)象對(duì)管道中流體傳質(zhì)與傳熱的影響微乎其微。
　　脈動(dòng)流是本文研究的主要內(nèi)容。首先,我們做了脈動(dòng)流和定常流的傳質(zhì)與傳熱特性對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在單圓管和多孔介質(zhì)通道中脈動(dòng)流能夠增強(qiáng)流道的傳熱效率,而且在多孔介質(zhì)通道中,脈動(dòng)流增強(qiáng)傳熱的效果比單圓管中好得多,說明脈動(dòng)流在通道結(jié)構(gòu)呈周期性變化的微通道比簡單的微通道的散熱效果要好。然后,我們對(duì)影響脈動(dòng)流傳熱的主要因素——脈動(dòng)頻率和脈動(dòng)振幅進(jìn)行了仿真分析,分別研究了不同脈動(dòng)頻率和不同脈動(dòng)

4、振幅對(duì)通道傳質(zhì)與傳熱的影響,發(fā)現(xiàn)通道的傳熱特性隨著脈動(dòng)頻率的變化發(fā)生了明顯的變化,頻率越大,脈動(dòng)流的散熱效果越好,且在多孔介質(zhì)通道中的變化比簡單圓管中大;但是隨著脈動(dòng)振幅的變化,通道內(nèi)的傳熱特性變化較小,在簡單圓管中的變化比多孔介質(zhì)通道中明顯。
　　最后,我們對(duì)多孔介質(zhì)通道采用激光雕刻法進(jìn)行了試制,并搭建了液冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)多孔介質(zhì)通道中進(jìn)行了脈動(dòng)流和定常流下的傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究,證明了脈動(dòng)流的增強(qiáng)傳熱效果,但是隨著入口流量的增加