微细通道流体回路系统与仿真研究

摘要

微通道热沉具有结构紧凑、换热量高、温度均匀等优点，是解决高热流密度电子器件散热的有效手段之一。微通道热沉的换热方式可分为单相对流换热和流动沸腾两种，后者又可分为过冷沸腾和饱和沸腾。
　　本文通过实验测试研究了微细通道热沉中单相对流换热和过冷沸腾的换热和水力性能。3个热沉均采用矩形直通道的结构形式，水力直径为0.75mm和1.2mm，截面宽长比范围为0.333~0.667。实验结果表明，热沉的换热系数是流量、热流密度、工质过冷度、热沉水力直径、截面宽高比等参数的强函数。热沉在临界热流密度下的温度和压降波动较为平稳，说明微细通道热沉过冷沸腾适用于热流密度较高的电子器件散热场合。本文提出了微细通道热沉单相对流换热和过冷沸腾换热系数和进出口压降的经验关联式，与实验数据的误差在±25％以内，具有较好的符合度。
　　本文对微细通道热沉进行了数值模拟研究，采用RPI模型。根据模拟结果，对矩形通道的工质主流温度、截面含气率、内壁面温度和加热面温度进行了分析，研究了不同热流密度下矩形通道的换热性能。结果表明，沿流动方向，上述参数均逐渐升高；当内壁面温度高于饱和温度时，气泡开始产生，这也证明了以内壁面过热度作为沸腾发生的判据是合理的。
　　本文还开发了微细通道流体回路系统仿真软件，以Visual C++6.0 MFC[exe]为集成开发环境，已有实验台架和实验及数值模拟研究结果为基础。该软件基于对话框编写，由主菜单、系统各元件参数输入、计算结果输出以及两相系统运行不稳定性分析等界面组成。该仿真软件可计算微细通道单相和过冷沸腾时的性能、系统热力和水力性能，并对泵的选型进行指导。经过实际工况验证，该软件具有较高的符合度，并具有良好的通用性。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及方法

2 微细通道流体回路实验系统装置

2.1 概述

2.2 实验系统简介

2.3 系统元件介绍

2.4 实验参数测量

2.5 实验工况

2.6 本章小结

3 微细通道热沉性能研究及实验关联式

3.1 概述

3.2 实验数据处理

3.3 微细通道热沉换热和水力性能研究

3.4 微细通道实验关联式

3.5本章小结

4 微细通道过冷沸腾数值模拟

4.1 概述

4.2 RPI模型简介

4.3 数值模型概述

4.4 数值模拟结果

4.5 本章小结

5 基于MFC的系统仿真软件开发

5.1 概述

5.2 MFC程序及软件开发思路

5.3 系统数学物理模型

5.4 仿真软件各界面介绍

5.5 仿真结果与实验结果验证

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 今后展望

致谢

参考文献

附录1 作者在攻读硕士期间发表的论文