微細(xì)通道換熱器仿生設(shè)計(jì)與傳熱傳質(zhì)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著電子裝備的發(fā)展，相應(yīng)元器件的功率密度也不斷攀升，而其副產(chǎn)物熱流密度也隨之不斷提高，這一趨勢將使得目前普遍采用的受迫空氣對流冷卻方式逐漸地?zé)o法滿足設(shè)備發(fā)展得需要。如果相應(yīng)芯片上堆積的熱量無法得到有效的釋放，那么這將使我們的設(shè)備變得非常的不穩(wěn)地，使得熱應(yīng)力失效，邏輯錯誤的出現(xiàn)幾率大大增加。因此，尋找一種有效的芯片用熱輸運(yùn)方式就顯得尤為重要。
　　本文從微流動傳熱的角度出發(fā)，借助仿生學(xué)的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行微通道換熱器的設(shè)計(jì)。文中所涉及的

2、微通道換熱器可以分為兩類：一是多孔介質(zhì)滲流，一是微細(xì)管道流。
　　對于多孔介質(zhì)流，我們分別研究了不同孔隙率條件下定孔徑多孔介質(zhì)微流道的傳熱傳質(zhì)特性，利用卡曼科澤尼模型滲透率模型與達(dá)西定律對滲透率與壓降進(jìn)行了預(yù)估，并根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對該模型進(jìn)行了修正；另外，根據(jù)不同孔隙率條件下的多孔介質(zhì)微流道傳熱傳質(zhì)的仿真結(jié)果，我們選取了一組傳熱傳質(zhì)性能較好的定孔徑微流道進(jìn)行了相同孔隙率條件下的變孔徑傳熱傳質(zhì)優(yōu)化分析。仿真分析結(jié)果證實(shí)：在孔隙率相

3、同的條件下，合理的變孔徑結(jié)構(gòu)能夠有效促使冷卻液工質(zhì)的流動再分配，可以有效地改善換熱器的傳熱傳質(zhì)特性。
　　而對于微細(xì)管道流，我們首先做了多層與單層分形微流道的傳熱傳質(zhì)對比仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多層流道雖然能夠有效提高流道的傳熱效率，但由于其內(nèi)流場流速降低會削弱每級分支后的水力邊界的再生成；我們將單層分形微流道與斐波那契螺旋流道作了對比分析，發(fā)現(xiàn)螺旋微流道較小的水力直徑大大削弱了局部湍流與二次流的生成；最后，我們分析了不同頻率脈動流對分形流