微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬.pdf

1、當(dāng)前，各種電子產(chǎn)品均朝著體積小、重量輕方向發(fā)展，電子產(chǎn)品的性能受溫度和溫度分布的影響很大，傳統(tǒng)冷卻器的設(shè)計(jì)極限與制作技術(shù)已無法合乎要求。在目前高熱通量電子產(chǎn)品冷卻器中，微通道熱沉已經(jīng)被證實(shí)是傳熱性能最佳且最具應(yīng)用潛力的冷卻方式之一，它的卓越表現(xiàn)在于其傳熱面積大、熱擴(kuò)散距離短的特點(diǎn)。 本文根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)的知識(shí)，結(jié)合微尺度傳熱理論，分析了Navier-Stokes方程和導(dǎo)熱方程對(duì)微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱描述的有效性，說明了R

2、NGk-ε湍流模型可用于微通道熱沉內(nèi)流體湍流流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬。 本文采用水、甲醇、乙醇、R113四種冷卻介質(zhì)，模擬了不同結(jié)構(gòu)尺寸的微通道內(nèi)的流場和溫度場，分析了流體在微通道各部分的壓力損失、微通道內(nèi)表面各部分對(duì)對(duì)流傳熱的貢獻(xiàn)。針對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器用熱沉，在控制Re=2500、表面溫升27℃、泵功3.6W三種工況下，對(duì)微通道熱沉的不同進(jìn)出口寬度、微通道寬度和深度、翅片厚度、底板厚度進(jìn)行了大量的模擬計(jì)算，分析了這些因素對(duì)熱沉性

3、能的影響程度，探討了進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素，以及改進(jìn)熱沉性能的有效途徑。 對(duì)于不同應(yīng)用的微通道熱沉，有不同的空間尺寸和熱負(fù)荷要求，本文針對(duì)微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了優(yōu)化算法，編制了優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件在給定泵功或給定表面溫升時(shí)，以最大表面溫差為約束條件，計(jì)算出最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸和操作參數(shù)。該軟件采用復(fù)形調(diào)優(yōu)算法，通過圖形用戶界面設(shè)置物性數(shù)據(jù)、邊界條件、網(wǎng)格劃分方法、流場和溫度場解算方法，允許對(duì)任意U型通道、矩形截面的