三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

带凹穴渐缩型微通道传热与流动性能分析

针对电子器件的散热问题，设计了6种渐缩型微通道，并通过合理布置圆形凹穴来削减截面几何尺寸突变导致的压力损失。旨在借助凹穴结构促进微通道冷却液混合提升换热性能，以及通过优化通道几何尺寸来改善微通道的流体流速分布，从而进一步提升微通道换热性能。在高热流密度条件下，对6种带凹穴渐缩微通道和普通矩形微通道的流动换热特性进行了对比数值分析，并以泵功和热阻为评价指标来评价通道综合传热性能。结果表明：通过设置渐缩微通道凹槽及通道截面的合理分布，改善了流速的分布，使温度分布更加均匀，并且增强了其散热能力。在实验组的最优结构下，渐缩微通道热阻比普通矩形微通道降低了18.4%，综合传热性能最高提升了15.2%。     

大功率激光二极管列阵的硅基微通道热沉研制

为了提高大功率激光二极管列阵的散热效率以便提高其寿命和波长稳定性,研制了一种封装集成度较高的屋脊式硅基微通道热沉.将田口稳健设计方法用于微通道热沉的优化设计,利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化.以(110)单晶硅作为基片,采用KOH各向异性刻蚀和硅-玻璃-硅三层阳极键合方法制作出了通道宽度约为50 μm的微通道热沉,通道壁面粗糙度优于0.1 μm.采用激光二极管芯片对样品进行了封装和测试,利用砷化镓激光波长的温度漂移系数估算出了中间激光二极管的有源区温升,从而计算出了热沉的热阻.测试结果表明,该微通道热沉的单位面积热阻约为0.070 cm2·K/W,与有限元分析结果基本一致.     

微通道热沉设计技术初探

半导体器件越小,单位面积的热生成率越大,温度急剧升高导致器件性能改变,因此必须对器件产生的废热进行有效处理.1981年,Tuckerman和Pease提出了利用强迫对流方法致冷微通道的概念,可用于高速电脑芯片、激光二极管阵列、无线电与微波频率放大器等高功率电子器件的有效散热.介绍了微通道热沉的相关物理概念,讨论了几何参数对歧管式微通道热沉冷却性能的影响.     

微通道冷板在有源相控阵天线上的应用

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出矩形微通道冷板的一组最佳结构参数。相控阵雷达微通道冷板和普通S型冷板的散热效果比较表明,微通道冷板能更高效地对相控阵雷达进行散热,为相控阵雷达散热提供了一种新方法。     

水滴型凹穴微通道流动与传热的熵产分析

采用数值模拟的方法,研究与等直径段有不同夹角的水滴型凹穴微通道的流动与传热特性,并通过强化传热因子(h)和熵产增大数(N_(s,a))对其综合性能进行了评价。结果表明:带有凹穴的微通道的进出口压降沿着流动方向呈锯齿形下降,与矩形微通道相比,水滴型凹穴的存在对压降的影响较小。小Re时,水滴型凹穴微通道的传热效果增加较少甚至小于矩形直通道,而当Re300时,随着水滴型凹穴出口切线与等直径段夹角的减小,微通道热沉的传热性能逐渐增大。熵产分析表明,由传热引起的不可逆损失随着雷诺数的增大而增大,而由流动摩擦引起的不可逆损失随之减小,而且传热熵产在总熵产中占主要部分。水滴型凹穴微通道的不可逆损失均小于矩形直通道,而且与等直径段夹角越小的凹穴微通道其不可逆损失越小。     

微通道冷板导热性优化设计

根据热力学定律和热传导原理,推导了横截面不同几何参数微通道冷板热阻的解析表达式,分析了微通道横截面高宽比对换热性能的影响。文中不但研究了层流情况,也讨论了紊流条件下,总热阻与微小通道横截面几何参数之间的关系,使文章的结论具有广泛的实用性。按该理论模型设计的微通道,实验结果与理论分析有较好的一致性。     

双层多形状支流道冷板的性能分析

针对某电子设备中航空雷达组件热流密度过高的散热问题,提出了一种新型的两进两出的水冷板设计.在保证仿真参数一致的情况下,利用ICEPAK数值模拟的方法,研究了矩形、圆形、梯形三种形状的单双层支流道对水冷板散热性能的影响.同时,对这六种方案进行了试验分析,验证了试验结果与ICEPAK仿真结果的一致性.研究结果表明:三种形状双层支流道的散热效果明显优于单层支流道;综合分析水冷板的散热效果和系统流阻,双层梯形支流道的散热性能最佳.     

S型微通道散热模块传热性能研究

针对变频器发热的问题,提出一种S型微通道散热模块,并对其传热性能进行了理论分析,推导得出热阻与结构参数的数学关系式。利用Fluent软件,对S型微通道散热模块的结构参数进行优化,分析其对散热性能的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,S型微通道散热模块可有效提升变频器的散热性能,较优的结构参数为:流道水力直径为1.4 mm、流道宽高比为3∶1、弯曲曲率半径为30 mm。将S型微通道散热模块与铜圆管铸铝散热模块进行了仿真及实验比较,结果表明前者基体平均温度比后者要低2.3℃,热阻降低了20.38%,说明S型微通道散热模块具有较好的散热性能。     

内置微通道T/R组件壳体设计及试验研究

为了降低界面热阻对微通道散热性能的制约,提出了一种组件壳体内置微通道散热单元的设计架构,以满足新一代高功率芯片T/R组件的热控需求.对内置微通道的传热特性进行数值仿真分析,优选出最佳结构参数组合.基于优选设计参数,整合UV-LIGA微细加工技术、精密扩散焊接技术及微组装技术,完成内置微通道散热单元T/R组件的模拟样件研...     

新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟*

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉,应用RNG k-ε湍流模型,对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟,并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉,前者的射流流体域比后者多一个转折区,转折区内存在二次冲击,使换热得到强化。雷诺数越大,圆锥体热沉散热性能越优异;在不同锥角(15°~60°)的单圆锥体热沉传热模拟中,当锥角在45°左右时,热沉表面的平均努塞尔数数最高;圆锥体底面直径d₁和射流孔直径d比值在1~3范围内,数在比值为2.5左右达到最大值;射流高度H与射流孔直径d比值在5左右时,数趋于最大。     

自相似结构微通道热沉内部流动特性及结构优化

电子设备高度集成化导致其发热功率同步大幅增加,需要更高效的冷却技术解决其散热问题。自相似微通道热沉(Self-similarity micro-channel heat sink,SSHS)是近几年提出的一种新型微通道换热结构,与一般的微通道热沉相比,具有更好的换热均匀性和更宽的适用性。利用数值方法对SSHS的一个完整工作单元内的流动过程进行了模拟计算,以进一步分析SSHS的综合性能,并在此基础上,改进和优化其结构参数。计算结果表明,SSHS内各溢流通道(微通道)间存在较严重的流量分配不均问题,改变溢流通道结构参数对其流量分配过程影响很小,流量分配不均是SSHS自身结构所决定的固有特性,通过将等截面分流通道结构设计改为渐縮式斜坡设计,可以减弱入口分流通道末端的滞止效应,从而可以大大缓解溢流通道间的流量分配不均匀性问题。优化计算结果表明,0.07～0.80 kg/h的流量范围内,当斜坡角度为5°时,可将溢流通道间的流量差由原来的数倍降至不超过35%,而平均流动阻力增加不超过10%。     

基于正交试验的液冷板散热性能的研究

根据电子设备工作时局部热耗过大的状况,设计了小通道液冷冷板。利用ICEPAK仿真软件,分别对小通道冷板和普通S型流道冷板进行散热性能研究,研究发现小通道冷板的散热效果明显优于普通S型流道冷板。对小通道结构参数（肋片间距、厚度）及进口处流量进行单因素分析,研究其对冷板散热性能的影响。通过正交试验的极差分析,各因素的影响顺序为：进口流量>肋片厚度>肋片间距。该分析结果为高功耗电子设备的散热设计提供理论参考。     

铜铝微通道热沉的三维数值结构优化

在恒定泵功0.05 W条件下,对水冷铜基和铝基微通道热沉对流换热进行详细数值模拟和结构优化。通过将数值预测结果与前人已发表的试验结果进行对比,验证所使用的数值模型的正确性。同时讨论在恒定泵功下微通道几何结构对微通道热沉中温度分布的影响。模拟结果显示水冷铜基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为580μm,通道宽为90μm,通道密度为100个/cm;铝基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为620μm,通道宽为80μm,通道密度为100个/cm。     

矩形肋片散热器几何参数对散热的影响分析

为考察矩形肋片散热器几何参数对散热效果的影响规律,文中应用热仿真分析软件Flotherm对矩形肋片散热器在不同结构参数下的模型进行了自然对流散热计算,通过对比分析不同模型的温度和热阻计算结果,探讨了散热器基板参数和肋片参数对其散热性能的影响。分析表明,改变散热器肋片的高度、长度和间距可有效降低散热器的热阻。这些几何参数可以作为散热器热设计变量,以进一步对散热器进行优化设计。     

弹载电子设备相变热沉装置散热性能研究

文中介绍了一种用于弹载电子设备的相变热沉装置的设计方法及试验研究。通过实验对比了电子模块在采用相变热沉装置、铝块和无热沉3种情况下的工作温度曲线,同时对比分析了相变热沉装置在不同热流密度下的工作特性。结果表明,当热源热流密度较小时,相变热沉装置具有明显的减缓热源升温的作用,对比铝块热沉具有明显的散热功效。而随着热流密度的增加,其散热优势逐渐减弱。同时,填料相变温度点的选取和导热增强体的设计,对相变热沉装置的散热性能有很大的影响。     

微槽道及其在电子器件散热中的应用

介绍了微槽道内流体流动及换热的特点,以及微槽道热沉的结构型式、加工工艺和流体工质。流体在微槽道内流动与换热,具有尺度小、雷诺数低、表面传热系数高和压降大等特点。微槽道可在热导率高的金属材料或半导体材料上成型。同时,还介绍了目前计算机微处理器、大功率电力电子器件和大功率LED常用的散热方案,并探讨了微槽道热沉应用于这些电子器件散热所具有的优点。与目前常用的散热方案相比,微槽道热沉可有效减小散热部件所需的散热空间,满足电子产品持续小型化的要求。在热流密度不断提高,常用散热方案无法满足要求的情况下,微槽道还为电子器件的散热提供了一种可供选择的解决方案。     

基于ICEPAK的液冷冷板散热的性能分析

针对液冷冷板解决电子设备散热问题,在流道区域受限制的情况下,选用3种新型流道形状。利用ICEPAK仿真软件对其进行热仿真分析,探究其散热性能。在限定散热区域内,保持3种流道截面积相等,进口流量相等,从而控制流速相等。均布流道,通过改变流道数目,得到每种形状流道关于温度-流道数目的曲线,对比分析3种不同形状流道的散热性能。同时,对这3种方案进行了试验验证,确保仿真结果与实测数据的一致性。结果表明:双层流道形状方案的散热性能良好,能较好地满足设计要求。     

三维互联宽带数字收发微系统热设计

为了提高三维互联微电子系统可靠性,展开微系统高效热管理研究并提出适应系统的热设计方案。针对三维构架下的宽带数字收发微系统,通过分析不同层间功率器件的传热路径和热阻组成,提出了节点优化的高效热管理方案,并采用热仿真软件分析了方案散热性能与系统热分布。发现系统最高温度出现在最不利传热路径上,器件最高壳温不超过80℃,满足微系统稳定运行的要求。该结果表明,对三维互联构架下关键传热材料与传热界面的优化设计可以有效降低路径上综合热阻,维持较低器件温度,满足设备工作需求。     

某液冷线阵冷板设计与制造技术

液冷冷板作为一种高效的热交换装置,保障着雷达设备中T/R组件的长期稳定运行。随着T/R组件热流密度的不断增大,用传统工艺制作的圆截面流道线阵冷板已不能满足其散热需求,而小/微通道冷板因其显著的换热能力,正受到越来越多的关注。文中以某有源相控阵雷达线阵冷板为研究对象,比较了传统圆截面流道冷板、小通道矩形流道冷板和微通道矩形流道冷板的散热能力和加工成本,并进行了热学仿真设计,结果表明小通道矩形流道冷板为最合适的冷板结构形式。然后对氮气保护钎焊与扩散焊进行了比较,结果表明氮气保护钎焊为最合适的焊接工艺形式。最后通过多种焊后检验验证了焊接工艺的可靠性。