微通道散熱器流道優(yōu)化與傳熱性能研究.pdf

1、隨著微電子元器件趨于向集成化、大功率方向發(fā)展，高發(fā)熱量必將嚴(yán)重降低其使用性能和可靠性，導(dǎo)致元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞、形變、功能失效等。面對這一現(xiàn)狀，散熱設(shè)計(jì)已成為針對電子器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，對于通過液冷冷卻方式帶走熱量的微通道散熱器設(shè)計(jì)在該領(lǐng)域凸顯而出，其體積小、成本低、效率高等特點(diǎn)不僅能滿足散熱需要，而且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。本文研究了矩形微通道散熱器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化與流動(dòng)傳熱性能，具體工作包括：
　?。?）針對矩形微通道散熱器單一因

2、素對結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響研究，得到了各因素對散熱器表面結(jié)溫影響的主次順序：微槽個(gè)數(shù)?基底厚度?槽柵寬度?微槽高度?微槽寬度；以各項(xiàng)單一因素的影響為依據(jù)，運(yùn)用正交試驗(yàn)法得到離散型優(yōu)化結(jié)果：微槽高度為1mm，微槽寬度為0.5mm，槽柵寬度為0.8mm，微槽個(gè)數(shù)為21，基底厚度為0.5mm。
　?。?）根據(jù)單層微通道結(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型，建立微通道熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并以整體熱阻和壓降作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到熱阻加權(quán)系數(shù)ω1介于0.2~0.4

3、時(shí)能同時(shí)兼顧各項(xiàng)指標(biāo)，相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸為 N=25~32， b=0.62~0.85mm， c=0.22mm，a=1.3mm，t=0.2mm；從實(shí)際材料成本的角度出發(fā)，以熱阻和重量作為目標(biāo)函數(shù)得到熱阻加權(quán)系數(shù)ω1介于0.4~0.6時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，相應(yīng)的優(yōu)化尺寸為N=20~29，b=1.12~0.75mm，c=0.2mm，a=1.3mm，t=0.2mm，提供了一種最優(yōu)材料成本的選擇方案。
　?。?）對優(yōu)化所得的離散組和連續(xù)組流道模型

4、進(jìn)行仿真模擬并與初始組模型進(jìn)行分析對比，從各組模型的換熱特性、流動(dòng)性能以及綜合性能進(jìn)行詳細(xì)的分析對比，無論是在溫度分布的高與低或分布均勻性，還是流體流動(dòng)穩(wěn)定性，或是單位熱阻和所需驅(qū)動(dòng)泵功率上，離散組和連續(xù)組流道模型的散熱效果均優(yōu)于初始組流道模型；針對不同環(huán)境分別研究了改變底部加熱熱流密度和流體進(jìn)口溫度的影響；引入JF因子作為對綜合換熱性能的評判標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)擬合出了計(jì)算平均努塞爾數(shù)Nu的經(jīng)驗(yàn)公式。
　?。?）通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭