流体横掠微针肋热沉内流动与传热特性研究

摘要

微流体和微热力系统的发展要求能冷却高热流密度的微型热沉的出现，微通道作为一种极其紧凑的换热器已经广泛应用于各方面。虽然现有的微通道领域仍存在许多值得研究的地方，但是我们还是对研究更高更复杂的传热系统提出了挑战。作为平板微通道的一种扩展形式，本文对具有微针肋结构的热沉进行了实验研究。 本文首先设计制作了一组流体横掠式微针肋热沉，并采用实验的方法，以去离子水为实验工质，对热沉内流体的流动阻力和传热性能进行了研究。 研究结果表明，现存宏观尺寸的经验关联式不能准确地预测微针肋热沉的压力降和努谢尔特数；微针肋热沉的摩擦阻力系数．厂随着雷诺数Re的增加而减小，但它的减小幅度比宏观尺度平缓的多；低Re时，流体绕流肋柱时流动截面的不断变化和流线的弯曲是造成压力降的主导因素，随着Re的增大，壁面效应逐步凸现；相同肋密度和Re下，有低高径比(H/D)肋的实验件有较大的f，菱形肋柱比圆形肋柱．厂要大。实验中测得的微针肋热沉对流换热系数最高可达2.4×10<'5>W/(m<'2>·K)随着Re的增大，对流换热系数也增大，但增大趋势在高Re时逐步减缓。与宏观尺度下的研究结果不同，在定Re下，对流换热系数随着热流密度的增加而增加。在定流量下，密集的长肋柱热沉换热性能较好，在定压降下，稀疏的短肋柱热沉换热性能占优，定泵功下，两者换热性能接近，但短肋柱热沉略优。在总热阻中，对流换热热阻影响下降，由于流体吸热温升造成的热阻成为总热阻的主要组成部分。 微针肋热沉可在小的传热温差下实现高热流密度的冷却。从研究结果看，作为一种比普通微通道更优越的新型热沉，微针肋热沉值得引起足够的研究和重视。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第1章绪论

1.1研究的背景和意义

1.1.1电子设备上的应用

1.1.2大功率半导体激光器上的应用

1.2相关领域的研究基础

1.3课题的研究现状

1.3.1流体纵掠针肋阵列热沉

1.3.2流体横掠宏观尺度针肋阵列热沉

1.3.3流体横掠微尺度针肋阵列热沉

1.4主要研究内容

1.5本研究课题的来源

第2章实验系统与实验方案

2.1实验件的设计

2.1.1热沉基体材料的选用

2.1.2加热膜材料的选用

2.1.3热沉的结构设计

2.2实验件的制作

2.2.1掩模的制作

2.2.2主体加工

2.2.3玻璃键合

2.2.4加热膜制备

2.2.5实验件的封装

2.2.6制作完成的实验件

2.3实验装置

2.3.1实验装置的设置

2.3.2具体实验步骤

2.4实验误差分析

2.4.1实验误差环节

2.4.2误差分析

2.5本章小结

第3章横掠式微针肋热沉的阻力特性

3.1实验过程

3.2流动阻力分析

3.3实验数据的处理

3.3.1特征参数

3.3.2摩擦阻力系数

3.4实验结果及分析

3.4.1压力降

3.4.2摩擦阻力系数与现存关联式的对比

3.4.3各实验件的摩擦阻力系数的对比

3.5本章小结

第4章横掠式微针肋热沉的传热特性

4.1具体实验过程

4.2微针肋热沉的传热特性分析

4.2.1针肋传热分析

4.2.2微针肋热沉传热分析

4.3实验数据的处理

4.3.1相关参数

4.3.2相关参数的修正与校核

4.4实验结果与讨论

4.4.1耗散效应

4.4.2#7实验件传热特性

4.4.3#10实验件传热特性

4.5微针肋热沉性能的对比分析

4.5.1与宏观尺度下的经验关联式的对比

4.5.2#7和#8实验件的比较

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢