多层分叉微通道散热器的水冷散热性能研究

摘要

随着电子元器件面向高功率、高密度的快速发展,其以致于发热问题严重影响其可靠性,出现功能失效、器件变形、使用寿命短等现象逐渐增多。针对这一现状,散热设计已经成为电子元器件结构设计中不可忽视的一种关键环节。因此,具有体积小、压降小、散热效率高的多层复杂结构的微通道散热器在此领域中展现出重要的应用前景,既能保证其运行稳定可靠,又能解决其散热要求。
　　本文以多层单分叉对称的微通道结构为设计思路,通过借鉴仿生学原理进行了理论推导,研究分析了微通道的管径比、分叉角度两个重要特征参数,同时结合流动散热特性研究,设计出分叉角度为50°(最理想)和180°的2种微通道结构,最终设计了多层微通道散热器的整体结构。在此基础上,针对单层单分叉对称结构的微通道散热器,提出了一种近似计算其热阻的方法(热阻网络模型),与仿真结果吻合较好。
　　通过Pro-E软件建立了多层散热器模型,并运用流体分析软件ANYS12.0 workbench中的FLUENT模块进行仿真分析。重点分析了2种不同分叉角度的三层微通道散热器,根据不同流量下的温度、速度、压力进行了对比分析,得到了最理想分叉角度的微通道结构具有更好的流动效率和散热性能。同时,在不同进口流量的条件下,通过压降、热阻、单元热阻、泵功率数值四个关系图,分析比较了1-5层分叉角度为50°的微通道散热器的水冷散热性能。
　　最后,通过搭建实验测试平台,加工2种不同分叉角度的三层微通道散热器实体,选取合理适用的实验设备仪器,进行了实验测试测量。结合实验数据分析,得到了最理想分叉角度的三层散热器热阻要小一些,系统压降要低一些,同时验证了分叉角度为50°的微通道散热器的综合散热性能要好一些。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 微通道散热器的研究现状

1.3 课题来源

1.4 论文的主要工作

1.5 论文的章节安排

第二章 多层分叉微通道散热器的研究与设计

2.1 基本理论

2.2 单分叉结构微通道的管径比及分叉角度研究

2.3 多层分叉微通道散热器的整体结构设计

2.4 热阻网络模型的研究

2.5 本章小结

第三章 多层分叉微通道散热器的散热特性研究

3.1 多层分叉微通道散热器的建模与设置

3.2 多层分叉微通道散热器的仿真模拟

3.3 1-5层微通道散热器的建模与仿真结果分析

3.4 本章小结

第四章 多层分叉微通道散热器的水冷散热特性实验

4.1 实验平台的创建

4.2 实验测试与结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的科研成果