微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、當(dāng)前，各種電子產(chǎn)品均朝著體積小、重量輕及高功率的方向發(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(wú)法滿足要求。在目前高熱通量電子產(chǎn)品冷卻器中，微通道熱沉已被證實(shí)是傳熱性能最佳且最具應(yīng)用潛力的冷卻方式之一，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，各種新型結(jié)構(gòu)型式的微通道熱沉得到開(kāi)發(fā)和研究。 本文設(shè)計(jì)制作了梯形、矩形、錯(cuò)排肋片和歧管式四組微通道熱沉，其中，錯(cuò)排肋片微通道熱沉為一種新型結(jié)構(gòu)熱沉；采用實(shí)驗(yàn)的方法，以去

2、離子水和表面活性劑水溶液作為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)，對(duì)熱沉進(jìn)行了流動(dòng)特性與傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究。 在對(duì)矩形微通道熱沉和錯(cuò)排肋片微通道熱沉的流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)研究之前，考察了黏性耗散的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于微通道相對(duì)較短，流速慢，粘性耗散對(duì)熱沉的流動(dòng)與傳熱沒(méi)有起到太大影響。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，不論是歧管式微通道熱沉還是梯形微通道熱沉，在小雷諾數(shù)下添加微量表面活性劑，減阻效果都不明顯，反而都降低了熱沉單相換熱性能，這與表面活性劑的吸附作用有關(guān)。

3、 對(duì)四組熱沉的性能進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由于錯(cuò)排肋片的獨(dú)特結(jié)構(gòu)型式，使其在相同Re數(shù)下，摩擦阻力系數(shù)和泵功消耗最大，但對(duì)流換熱系數(shù)最大，熱阻最小，表面平均溫度最低，而歧管式微通道熱沉表面溫差最小，但由于其底板厚度最大，所以其熱阻最大，而梯形微通道熱沉表面平均溫度最大，換熱性能最差。 在對(duì)梯形和矩形微通道的流動(dòng)特性研究中發(fā)現(xiàn)，不論是等溫流體還是非等溫流體其摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不能很好的跟經(jīng)典理論公式吻合，梯形微通道熱沉在Re數(shù)達(dá)到14

4、00時(shí)，也沒(méi)有出現(xiàn)層流向紊流的突變，而且等溫流體與非等溫流體的摩擦阻力系數(shù)會(huì)有較大差別；矩形微通道熱沉的非等溫流體的摩擦阻力系數(shù)小于梯形微通道熱沉非等溫流體摩擦阻力系數(shù)，但變化趨勢(shì)基本相同。經(jīng)分析認(rèn)為，摩擦阻力系數(shù)及層流向紊流的轉(zhuǎn)變與微通道的粗糙度有關(guān)。 在對(duì)梯形和矩形微通道的傳熱特性研究中發(fā)現(xiàn)，兩組微通道熱沉Nu數(shù)均會(huì)受熱流密度的影響，文中給出了梯形微通道Nu數(shù)的擬合公式，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和擬合計(jì)算值與兩種經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對(duì)比；而矩