粗糙元對微細通道內換熱特性的影響研究.pdf

1、微電子制造技術的蓬勃發(fā)展極大推動著各類產品向微型化方向邁進。為了順應這一發(fā)展趨勢，微細通道中的流動和換熱被應用于電子集成電路、航空航天、核工程等技術領域，對其換熱特性的研究也正成為國際傳熱界的熱點。本文以軍用高功率電子芯片散熱問題為研究背景，對具有粗糙元表面的微細通道內單相流和流動沸騰換熱特性展開仿真分析和實驗研究，并利用場協(xié)同理論對分析結果加以驗證，而后對軍用高功率電子器件進行微細通道散熱方案設計。
　　本文首先建立了光滑、三角

2、形粗糙元、矩形粗糙元表面微細通道內單相流換熱仿真模型，對比分析粗糙元形狀、間距和通道高度對流動和換熱特性的影響。研究結果表明：粗糙微細通道沿程總壓降大于光滑通道沿程總壓降，且三角形粗糙元的壓降程度高于矩形粗糙元。粗糙微細通道內努賽爾數(shù)也大于光滑通道，且三角形粗糙元對努賽爾數(shù)的影響較矩形粗糙元更大，但元間距的增加會削弱換熱效果。同時，比較了不同高度的微細通道在全流場范圍內速度矢量和溫度梯度點積值與雷諾數(shù)的變化趨勢并量化兩者角度的余弦值變化

3、規(guī)律，研究結果表明：通道高度的減小能夠優(yōu)化熱換，而單相流動中，逆流布置較順流布置的粗糙微細通道換熱效果更優(yōu)。
　　其次，建立了微細通道內流動沸騰換熱的可視化實驗系統(tǒng)，實驗結果表明：隨著質量流率的增加，三角形粗糙元的微細通道中始沸所需的熱流密度增大，始沸的壁面過熱度增大。在高熱流密度和低入口水溫條件下，微細通道內沸騰汽泡的生長和湮滅周期變短，換熱效率增強。在單相流區(qū)域，逆流布置的粗糙元比順流布置更能增強微細通換熱效果，而進入兩相區(qū)域