垂直射流微通道的结构优化及流动换热研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myweiyong168
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随着超大规模集成电路的快速发展,热管理成为了一个具有挑战性的研究领域。在过去几十年中,热管理技术在控制组件温度以保证设备性能可靠性方面发挥了关键作用。因此,为解决电子设备高效稳定散热问题,开展有关电子设备散热方向的研究至关重要。与传统通道相比,微通道具有紧凑化、微型化和高热流密度的优点。因此,微通道更能适应高集成度电子设备的发展趋势。射流冲击结构因射流直接撞击在平面上,边界层变薄,强化了对流换热效果,一直被认为是解决高热流密度散热问题的较优方式。为了发挥微通道和射流冲击结构的优势,将微通道和射流冲击结合起来,形成射流微通道散热技术。在射流微通道研究中,射流冲击结构是沿微通道长度方向布置的。为了研究射流结构沿微通道宽度方向布置对射流微通道的影响,提出了一种射流结构沿通道宽度方向布置的射流微通道散热器,给出了该散热器3D结构示意图和具体的尺寸参数,并进行了相关研究。首先对射流微通道内单相流动进行研究。介绍了射流微通道内单相流的数值模拟方法,对单相流模型进行了可靠性验证,得到了单相流模拟结果。根据单相流数值模拟的结果,分析射流微通道单相流的流动和传热特性,并与传统矩形微通道相比较。以泵功和热阻为评价指标,对微通道结构的四个无量纲参数(挡板距底面高度与进口宽度比α、通道截面比β、翅片宽度与通道宽度比γ、挡板宽度与进口宽度比δ)进行优化,得到研究范围内的微通道结构的最佳值。并将射流结构横向布置微通道散热器与参考文献中已有射流结构微通道散热器性能进行对比。基于前述内容,对射流微通道的两相流过程进行数值模拟。给出了射流微通道内两相流的数值模拟方法,对两相流模型进行了可靠性验证,得到了两相流模拟结果。对射流微通道气液两相流典型流型进行研究,并对典型流型的形成过程进行了分析。对收缩射流微通道进行两相流模拟,通过与垂直射流微通道两相模拟结果对比,分析了收缩射流微通道的两相分布和流动特性。以通道底部两相分布、通道底部速度分布和内侧近壁处两相分布为依据,分析了挡板横向收缩距离和挡板纵向偏折距离对收缩射流微通道的影响,给出了挡板横向收缩距离和挡板纵向偏折距离的最佳值。与传统矩形微通道相比,所研究射流微通道的热阻和泵功远低于传统矩形微通道;挡板距底面高度与进口宽度比α值为1,通道截面比β值为6,翅片宽度与通道宽度比γ值为0.5,挡板宽度与进口宽度比δ值为0.25是研究范围内的最佳值;与文献中射流微通道散热器相比,射流结构横向布置的微通道散热器在保持低泵功时,实现了热阻的进一步降低。收缩射流微通道与垂直射流微通道相比,具有气相分布集中、连续气相距内侧壁面远、两相流速度大、两相流流域小、两相流路径长、两相流速度集中的特点;挡板末端纵向偏折距离对两相分布和流动特性的影响很小,挡板末端横向收缩距离对两相分布和流动特性的影响较大。通过综合分析,挡板末端纵向偏折距离和挡板末端横向收缩距离在研究范围内的最佳值分别为8倍挡板宽度和1倍挡板宽度。
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