【摘 要】
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随着微纳米技术的不断发展,大功率电子器件逐步向着微型化、集成化方向发展,这就使得其工作时的热流密度迅速升高,因此,如何提高电子器件的散热能力对其安全运行至关重要。射流冲击作为换热系数极高的一种对流换热方式,被认为是解决未来高热流密度散热问题的热门技术之一。相变微胶囊悬浮液利用其颗粒囊芯相变材料的潜热吸收,可以有效提高流体的当量比热,进而增强流体的对流换热能力。基于此,本文提出了相变微胶囊悬浮液射流
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随着微纳米技术的不断发展,大功率电子器件逐步向着微型化、集成化方向发展,这就使得其工作时的热流密度迅速升高,因此,如何提高电子器件的散热能力对其安全运行至关重要。射流冲击作为换热系数极高的一种对流换热方式,被认为是解决未来高热流密度散热问题的热门技术之一。相变微胶囊悬浮液利用其颗粒囊芯相变材料的潜热吸收,可以有效提高流体的当量比热,进而增强流体的对流换热能力。基于此,本文提出了相变微胶囊悬浮液射流冲击换热冷却方案。在欧拉-拉格朗日坐标系下建立了相变微胶囊悬浮液自由表面射流冲击三维数值模型,采用VOF方法处理悬浮液与空气间的气液自由表面,采用DPM模型描述悬浮液中相变微胶囊颗粒的运动,相变囊芯的潜热吸收则采用等效热容法处理。具体工作包括:研究了相变微胶囊悬浮液用于单孔射流的多相流动换热特性和参数影响规律。模拟结果表明,与水相比,相变囊芯的潜热吸收可以明显提高悬浮液的换热效果;随着悬浮液中颗粒浓度的增大,其换热性能先增大后减小,在质量分数为5%时达到最优;胶囊颗粒粒径的减小导致其比表面积增大,致使相变材料熔化时与流体能更充分换热,因此可以增强换热性能;随着射流间距的增加,单孔射流的换热性能先增大后减小,当前工况下最佳射流间距为ΔL/D=4.2;悬浮液的换热效果随射流入口温度的升高先增大后减小,最佳入口温度比熔化峰值温度低约2℃,入口温度过高或过低都会使换热性能变差。相较于单孔射流,将相变微胶囊悬浮液用于阵列射流可以明显提高其换热效果。随着悬浮液中颗粒浓度的增大,换热能力先增强后减弱,在质量分数为5%时最强;由于流束间卷吸作用及横流效应,使得19孔喷嘴的换热效果最好,7孔喷嘴效果最差;随着射流间距的增加,阵列射流的换热系数呈现两个峰值,分别位于ΔL/D=4.4和ΔL/D=40;随着孔间距的增大,换热能力先增强后减弱,受流束间横流及卷吸影响,在S/D=7处达到峰值;悬浮液的换热性能随射流入口温度的升高先增大后减小,最佳入口温度比熔化峰值温度同样低约2℃。
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