微小孔径空气冲击射流的流动与换热研究

摘要

电子封装器件的散热问题一直是制约其发展的瓶颈。随着单位发热面上功率越来越大，寻找新的散热方式来满足日益增长的散热需要己刻不容缓。相对于传统的自然对流和强迫对流散热方式，冲击射流以其强大的散热效果引起了人们的重视。考虑到传统气体冲击射流只注重于研究大孔径和平均换热系数的状况，本文侧重于微尺度的射流冲击换热研究。本研究为国家自然科学基金项目“空气冷却电子封装器件多物理场耦合热设计优化研究”的子课题，通过实验研究了孔径分别为1mm、1.5mm和3mm三种不同尺寸的微小孔径圆形单孔受限射流，以及两种不同排布的1mm孔径圆形多孔受限射流，系统的分析了射流冲击在换热表面上的径向换热系数分布，驻点区换热以及平均换热，并分析了各种物性参数和几何参数对换热的影响。采用经过验证适用于射流冲击换热的RNGk-ε模型对射流冲击的流动情况进行了模拟，用流动情况来分析换热。与前人研究不同的是，本文结合同组研究者的数值仿真研究发现换热表面的热流分布是一个影响实验结果的重要因素，通过分析采用合适的材料导热系数和换热面厚度得到了近似的等热流面。同时，作者结合数值仿真对微小孔径的单孔旋转冲击射流进行了研究。发现角速度的增加虽不能使换热系数增大，但是使换热最大点由驻点向外偏移。就平均换热效果而言，有旋转时的板上平均换热系数略小于无旋转时的板上平均换热系数，随着Re数的增大，这种差距逐渐减小。但是随着角速度的增加，换热曲线逐渐变得平坦，对较大孔径尤其明显。也就是说旋转冲击射流可以使板上的换热变得均匀一些。这个结论对于电子封装器件的散热是有用的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章射流冲击的理论分析

第三章实验装置的设计及实验过程

第四章实验结果与分析

第五章旋转射流的仿真研究

第六章不确定度定性分析

第七章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果