基于不同入口角度下矩形微通道热沉流动和换热特性研究

摘要

本文建立了恒热流条件下矩形硅微通道热沉的三维共轭传热模型，基于传统的N-S方程，利用FLUENT商业软件对微通道热沉内单相层流的换热和流动特性进行了数值仿真，先对不同尺寸参数下的微通道热沉进行数值模拟，从而根据流动换热的数值模拟结果选定较佳的尺寸参数，并在此尺寸参数的基础上，对不同入口角度下矩形微通道热沉的流动和换热特性进行仿真研究，最后采用实验研究的方式对热沉系统的能量守恒及流动压降进行了分析验证，得出结论如下:
　　(1)随着热沉集合管长度的增加，各微通道内的流动均匀性越好，系统的总泵功消耗越低，但是热沉的最高温度也随之升高，热沉基板的均温性变差，而对于总热阻来说，不同集合管长度的热沉并没有明显的差距。
　　(2)随着通道长度的增加，各热沉之间的流动均匀性并没有明显的改善，热沉系统的总泵功增加，热沉的最高温度基本相同，热沉基板的均温性变差，热沉的总热阻逐渐降低。
　　(3)对于不同的入口角度而言，均存在着一个相对最佳的出口角度，使得热沉获得较好的速度场及温度场，改善热沉的对流换热系数及总热阻，从而使得热沉整体的换热性能得到提升。
　　(4)实验结果表明:随着流体的体积流量的增大，热沉进出口流体的温度差减小，流动压降增大;实验结果与仿真数据基本吻合。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 微通道热沉的研究背景及意义

1．2 微通道热沉的国内外研究现状

1．2．1 微通道内单相工质的流动和换热特性

1．2．2 微通道内沸腾及两相流的流动与换热

1．2．3 新型的微通道换热器

1．2．4 微通道热沉的优化设计

1．3 本文的研究意义和创新点

1．4 本文的主要内容

第2章 微通道热沉的理论分析

2．1 微尺度的定义及适用性

2．2 流体力学及传热学的基本概念

2．2．1 热传递

2．2．2 流体的流动状态

2．3 微通道热沉的数值模型及假设

2．4 控制方程离散化

2．4．1 离散方法

2．4．2 离散格式

2．4．3 压力与速度耦合

2．5 本章小结

第3章 不同结构尺寸对微通道热沉流动换热特性影响的数值模拟

3．1 集合管长度对微通道流动换热特性的影响

3．1．1 几何模型

3．1．2 网格划分

3．1．3 边界条件

3．1．4 求解方法

3．1．5 仿真结果分析

3．2 微通道长度对微通道流动换热特性的影响

3．2．1 几何模型

3．2．2 网格划分

3．2．3 边界条件

3．2．4 求解方法

3．2．5 仿真结果分析

3．3 本章小结

第4章 不同入口角度下微通道热沉的流动换热特性分析

4．1 不同入口角度下微通道热沉的数值模型及求解

4．1．1 几何模型

4．1．2 网格划分

4．1．3 边界条件

4．1．4 求解方法

4．1．5 仿真结果分析

4．2 热沉出口角度的调整

4．3 本章小结

第5章 矩形微通道热沉内流动和换热的实验研究

5．1 实验装置及流程

5．2 实验数据及分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文