微射流矩陣沖擊冷卻數(shù)值模擬.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)迅速發(fā)展，其單元組件功率不斷增加而體積越來越小，由此產(chǎn)生的高熱負(fù)荷管理問題急需解決。傳統(tǒng)的冷卻方式受到設(shè)計和制作的限制漸漸無法滿足要求，微射流矩陣(MJA)沖擊冷卻作為一種新型冷卻技術(shù)開始受到人們的關(guān)注。射流沖擊冷卻由于其速度和溫度邊界層都很薄，是一種最具效率的強(qiáng)化換熱手段，而微尺度的矩陣布置增強(qiáng)了換熱的均勻性，進(jìn)一步提高了換熱效果。所以對微射流矩陣沖擊冷卻進(jìn)行研究具有重要意義。本文在Leland等

2、MJA冷卻實驗裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了數(shù)值模擬和優(yōu)化設(shè)計，并在渦輪葉片冷卻中矩陣射流的應(yīng)用也進(jìn)行了研究。 本文根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)知識，對適用于沖擊射流流動的RNGκ-ε湍流模型、計算處理和數(shù)值方法等方面進(jìn)行了比較詳細(xì)的理論分析。通過對MJA裝置的數(shù)值模擬，結(jié)果表明矩陣沖擊冷卻確實具有很高換熱效率，同時能觀察到和實驗中相似的換熱面“熱斑現(xiàn)象”，換熱面溫度從中心向外呈“低一高一低”分布。進(jìn)口管正下方?jīng)_擊射流特征最為顯著，具有最大的局部換

3、熱系數(shù)，而鄰近孔的射流法向流動很不明顯，這是因為充氣區(qū)的高速水平流動形成低壓區(qū)和沖擊區(qū)的回旋流引起的，從而造成該區(qū)域形成“熱斑現(xiàn)象”。鄰近出口位置沖擊射流速度比較高，換熱效果有所增強(qiáng)，但由于橫流增強(qiáng)而造成沖擊射流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一定程度上削弱了射流沖擊的作用。 本文針對MJA實驗裝置幾何參數(shù)進(jìn)行小范圍內(nèi)的改動并優(yōu)化設(shè)計，找到最佳的參數(shù)匹配方案。優(yōu)化結(jié)果表明換熱效果隨著射流孔直徑減小而增強(qiáng)，到0.200mm時達(dá)到最佳；隨著射流孔間距與