微通道熱沉內(nèi)流體流動與傳熱特性研究.pdf

1、當前，各種電子產(chǎn)品均朝著體積小、重量輕及高功率的方向發(fā)展，電子產(chǎn)品的性能受溫度和溫度分布的影響很大，傳統(tǒng)冷卻器的設計極限與制作技術(shù)已無法滿足要求。在目前高熱通量電子產(chǎn)品冷卻器中，微通道熱沉已被證實是傳熱性能最佳且最具應用潛力的冷卻方式之一，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，各種新型結(jié)構(gòu)型式的微通道熱沉得到開發(fā)和研究。 本文設計制作了梯形、矩形、錯排肋片和歧管式四組微通道熱沉，其中，錯排肋片微通道熱沉為一種新型結(jié)構(gòu)熱沉；采用實驗的方法，以去

2、離子水和表面活性劑水溶液作為實驗工質(zhì)，對熱沉進行了流動特性與傳熱特性的實驗研究。 在對矩形微通道熱沉和錯排肋片微通道熱沉的流動與傳熱實驗研究之前，考察了黏性耗散的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于微通道相對較短，流速慢，粘性耗散對熱沉的流動與傳熱沒有起到太大影響。 經(jīng)實驗研究，不論是歧管式微通道熱沉還是梯形微通道熱沉，在小雷諾數(shù)下添加微量表面活性劑，減阻效果都不明顯，反而都降低了熱沉單相換熱性能，這與表面活性劑的吸附作用有關(guān)。

3、 對四組熱沉的性能進行對比發(fā)現(xiàn)，由于錯排肋片的獨特結(jié)構(gòu)型式，使其在相同Re數(shù)下，摩擦阻力系數(shù)和泵功消耗最大，但對流換熱系數(shù)最大，熱阻最小，表面平均溫度最低，而歧管式微通道熱沉表面溫差最小，但由于其底板厚度最大，所以其熱阻最大，而梯形微通道熱沉表面平均溫度最大，換熱性能最差。 在對梯形和矩形微通道的流動特性研究中發(fā)現(xiàn)，不論是等溫流體還是非等溫流體其摩擦阻力系數(shù)的實驗結(jié)果都不能很好的跟經(jīng)典理論公式吻合，梯形微通道熱沉在Re數(shù)達到14

4、00時，也沒有出現(xiàn)層流向紊流的突變，而且等溫流體與非等溫流體的摩擦阻力系數(shù)會有較大差別；矩形微通道熱沉的非等溫流體的摩擦阻力系數(shù)小于梯形微通道熱沉非等溫流體摩擦阻力系數(shù)，但變化趨勢基本相同。經(jīng)分析認為，摩擦阻力系數(shù)及層流向紊流的轉(zhuǎn)變與微通道的粗糙度有關(guān)。 在對梯形和矩形微通道的傳熱特性研究中發(fā)現(xiàn)，兩組微通道熱沉Nu數(shù)均會受熱流密度的影響，文中給出了梯形微通道Nu數(shù)的擬合公式，并將實驗結(jié)果和擬合計算值與兩種經(jīng)驗公式進行了對比；而矩