多孔介质微通道散热器的脉动流传热特性分析

摘要

由于目前电子芯片的功率不断提高而导致的发热功率不断增大以及芯片集成化的提高,现在得到广泛使用的强制空气对流的冷却方法已经慢慢无法满足当前电子设备的冷却需求。为了避免电子设备因电子元器件的温度过高造成的热失效而无法正常工作,我们需要开发一种更有效的冷却方式来针对高发热量的元器件进行散热。
　　本文从微流动传热的角度出发,研究微通道中流体传质与传热特性。本文的内容主要分为两个部分:一是研究边界滑移现象对微流体传质与传热的影响;二是分析脉动流对微流体传质与传热的影响。
　　对于边界滑移现象,我们首先在管径为1um的圆管中分别设置无滑移边界条件和滑移边界条件来研究微流体的传质与传热特性;然后在不同管径中(从1um到1000um)研究不同管径中边界滑移现象对微流体传质与传热的影响;最后研究边界滑移现象对本文中所涉及的多孔介质通道传质与传热特性的影响。仿真结果分析得出:在微/纳米尺度的管道中,边界滑移现象可以增强管道中流体的传质与传热特性,在管道尺度达到了毫米级时,边界滑移现象对管道中流体传质与传热的影响微乎其微。
　　脉动流是本文研究的主要内容。首先,我们做了脉动流和定常流的传质与传热特性对比仿真实验,发现在单圆管和多孔介质通道中脉动流能够增强流道的传热效率,而且在多孔介质通道中,脉动流增强传热的效果比单圆管中好得多,说明脉动流在通道结构呈周期性变化的微通道比简单的微通道的散热效果要好。然后,我们对影响脉动流传热的主要因素——脉动频率和脉动振幅进行了仿真分析,分别研究了不同脉动频率和不同脉动振幅对通道传质与传热的影响,发现通道的传热特性随着脉动频率的变化发生了明显的变化,频率越大,脉动流的散热效果越好,且在多孔介质通道中的变化比简单圆管中大;但是随着脉动振幅的变化,通道内的传热特性变化较小,在简单圆管中的变化比多孔介质通道中明显。
　　最后,我们对多孔介质通道采用激光雕刻法进行了试制,并搭建了液冷循环实验平台,对多孔介质通道中进行了脉动流和定常流下的传热特性实验研究,证明了脉动流的增强传热效果,但是随着入口流量的增加明脉动流的增强传热效果在减小。

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第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2 微流道散热器研究现状

1.3滑移边界条件概述

1.4脉动流传热概述

1.5课题来源

1.6选题意义以及研究内容

第二章 微流体散热与滑移边界条件

2.1微流体简介

2.2 简单圆管内的滑移边界条件

2.3 多孔介质微管道内滑移边界条件

2.4本章小结

第三章 脉动流强化传热特性分析

3.1 脉动流强化传热简介

3.2简单圆管中的脉动流与定常流传热特性比较

3.3 多孔介质管道中脉动流和定常流传热比较

3.4本章小结

第四章 脉动流传热特性分析

4.1 脉动流传热影响因素的研究

4.2 脉动频率对脉动流传热的影响

4.3 脉动振幅对脉动流传热的影响

4.4本章小结

第五章 多孔介质微通道脉动流传热实验

5.1实验目的

5.2 实验系统设计

5.3实验方法及步骤

5.4 实验结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果