微通道冷却器稳健设计研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第l页摘要自20世纪90年代以来，二极管激光器(DL)以其转换效率高、频率稳定性好、结构紧凑、寿命长、易于调整等优点，被广泛应用于军事、工业、医疗、科研等领域。然而，随着DL输出功率的提高，器件产生的热负荷越来越大，DL波长漂移和寿命缩短等负面影响也越来越明显，已经达到了不容忽视的程度。散热问题已严重制约DL输出功率的进一步提高。基于MEMS技术的新型微冷却器具有体积小，散热效率高，批量制作成本低廉等优点，为二极管激光器散热提供了新的可选方案。本文对一种用于激光二极管阵列组散热的屋脊式微通道冷却

2、器的设计进行研究。在回顾与对比稳健设计现有的多种方法的基础上，选用了田口设计方法，对屋脊式微通道冷却器中几个与冷却性能密切相关的参数进行设计，以降低设计方案对加工误差等于扰的敏感程度。以平均温度和温度均匀性的信噪比作为评价冷却器性能的指标。通过正交试验设计安排仿真试验，以得到性能分析的原始数据。正交试验设计基于“均衡搭配”思想，能以尽可能少的试验次数获取各设计参数对性能的影响规律。设计过程中引入仿真试验方法，拓宽了稳健设计中试验的概念，使稳健设计中的试验不仅仅是实物试验和解析式求解也可以是计算机仿真试验(数值模拟等)。用仿真

3、试验方法获取了稳健设计中所需要的设计原始数据。建立了变截面微通道中流体流动与传热过程的数学模型，采用FLUENT软件对其进行了数值模拟。为提高设计效率，详细研究了GAMBIT和FLUENT软件的脚本文件，在此基础上编制专用程序实现了稳健设计过程的自动化，大大缩短了设计周期。最后，得到了使冷却器冷却性能及其稳健性均较优的两个关键几何参数和一个运行参数流速的值。并对该结果进行了讨论与对比，证明了该稳健设计思路的有效性。相关结论对其它的MEMS器件设计和制造同样具有借鉴意义。关键词：MEMS激光二极管微通道冷却器稳健设计数值模拟西

4、南科技大学硕士研究生学位论文第

5、I页AbstractSince1990s，diodelasershavebeenappliedtodefensesectors，industry,medicaltreatment，scientificresearchandSOonbecauseoftheiradvantagessuchashighelectrical—to-opticalconversionefficiency，goodstabilityoffrequency，compactsize，longlifetimeandeaseof

6、adjustment．However，astheoutputpowerofdiodelasersimproves，theirthermalloadsincreaseaswell，andthenegativeeffectsbecomemoreandmoreremarkablesuchastheshiftofwavelengthandthereductioninlifetime，whicharenotnegligible．Coolingproblemhasbeenrestrictingtheenhancementofdiodel

7、aser’SOUtputpower．ThenovelmicrochannelcoolerbasedonMEMStechnologywiththeadvantagesincludingsmallvolume，highefficiencyofthermaldissipationandlowcostwhenmass—producedhasofferedanewmethodforthecoolingofdiodelasers．Thispaperdiscussesakindofroof-likemicrochannelcoolerus

8、edfordiodelaserarrays．Afterseveralkindsofrobustdesignmethodsarereviewedanddiscussed，Taguchimethodischosentooptimizetheparametersimportanttothecoolingperformanceinordertoreducethedesign’Ssensitivitytomanufactureerrorsorotherdisturbances．Thesignalnoiseratiosoftheaver

9、agetemperatureandtheuniformityoftemperatureareusedtoestimatethecooler’Sperformance．Thesimulationexperimentsarearrangedbyorthogonalexperimentaldes