电子器件冷却用微通道热性能研究

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1、学校代码10530学号201510161689分类号TK124密级公开硕士学位论文电子器件冷却用微通道热性能研究学位申请人郭宏举指导教师叶为标学院名称机械工程学院学科专业动力工程及工程热物理研究方向过程强化与节能环保二○一八年六月六日ResearchonthermalperformanceofmicrochannelforelectronicdevicecoolingCandidateGuoHong-JuSupervisorYeWei-BiaoCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramPowerengineeringandengi

2、neeringThermophysicsSpecializationProcessIntensificationandEnergySavingDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要在目前常见的电子器件散热方式中，微通道循环液冷技术具有散热能力好、结构紧凑和体积小等优点，是解决电子工业朝着高热流密度和微小型化方向发展的有效途径，也是最有前景的冷却方法之一。为了达到提高微通道换热能力和降低微通道内压降的目的，本文提出了两种不同排列方式的肋片和凹槽结合的微通道，并采用了肋片凹槽几何参数的三个无量纲量：肋片凹槽长

3、度与肋片凹槽间距之比(Lr/Sr)、肋片凹槽高度与微通道宽度之比(Hr/Wc)和肋片凹槽间距与微通道宽度之比(Sr/Wc)。研究分析了肋片凹槽几何参数变化对微通道水力特性、传热特性和熵增的影响，并利用综合性能评价因子(PEC)和熵增最小化方法(EGM)对微通道散热器的热性能进行了评价分析。本文的主要研究内容为：首先，利用模拟仿真的方法对带肋片凹槽微通道的水力特性进行了研究，包括微通道内流体的流动特性、微通道内的压力和沿程阻力，以及肋片凹槽几何参数对微通道水力特性的影响。通过与光滑直微通道比较，结果表明肋片和凹槽的存在不仅对微通道内的流体产生扰动作用，而且还增大了微通道内的压

4、力和摩擦系数。当肋片凹槽高度与微通道宽度之比最小(Hr/Wc=0.10)、间距与微通道宽度之比最大(Sr/Wc=16)时，微通道能取得最小的压力和摩擦系数。其次，研究了带肋片凹槽微通道的换热特性，包括微通道基底面的局部温度、通道内的局部温度和微通道内的对流换热强度(Nu)，以及肋片凹槽几何参数对微通道换热特性的影响。研究结果发现由于肋片凹槽对流体的扰动和打破边界层的作用，增强了微通道内的对流换热强度，微通道内肋片和凹槽的存在可以明显降低微通道基底面的局部温度。当肋片凹槽高度与微通道宽度之比最大(Hr/Wc=0.25)、间距与微通道宽度之比最小(Sr/Wc=4)和长度与肋片凹

5、槽间距之比Lr/Sr=0.50时，微通道的Nu有最大值。再次，利用PEC对肋片凹槽几何参数进行了优化分析，研究结果发现无论肋片凹槽几何参数如何变化，Re=320时微通道能取得最大的PEC。模型1微通道在Lr/Sr=0.25、Hr/Wc=0.20和Sr/Wc=4时PEC最大；模型2微通道在Lr/Sr=0.50、Hr/Wc=0.15和Sr/Wc=4时PEC最大。最后，利用熵增原理研究了在不同Re和肋片凹槽几何参数下，微通道由传热引起的熵增Sgen.h、摩擦损失引起的熵增Sgen.f和总熵增Sgen的值。结果表明：随着Re的增大，模型1微通道的总熵增Sgen先减小后增大，模型2微

6、通道的总熵增Sgen持续减小。并利用EGM对肋片凹槽的几何参数进行优化分析。得到的结果显示，无论肋片凹槽的几何参数如何变化，Re=452时微通道有最小的熵增。关键词：微通道；肋片；凹槽；对流换热；熵增IAbstractInthecurrentheatdissipationmethodofelectronicdevices,microchannelcirculatingliquidcoolingtechnologyhastheadvantagesofgoodheatdissipation,compactstructureandsmallvolume.Itisaneffecti

7、vewaytosolvethehighheatfluxandminiaturizeddirectionintheelectronicsindustry.Itisalsooneofthemostpromisingcoolingmethods.Inordertoimprovetheheattransferofthemicrochannelandreducethepressuredropinthemicrochannel,twomicrochannelheatsinkscombinedwithribsandcavitie