内凹形微通道热沉换热流动性能的数值分析

针对大功率LED阵列的热控问题,提出了一种内凹形("Ω"形)铜基微通道热沉,并采用数值模拟(CFD)方法分析对比了其与常见矩形微通道热沉的性能。此外,还对其在不同流速、进口水温、热流密度下的单相对流传热、流动性能进行了研究。结果表明,该内凹形微通道较常见的矩形微通道热沉,通过减少泵功损失获得了更高的综合性能;采用较高的流速和较小的进口水温能够提高其换热性能,增大热沉底面温度均匀性,从而提高LED的寿命和稳定性;雷诺数约为300时,层流向湍流转捩。     

流道缩扩比对半波纹微通道流动和传热特性的影响

为探究流道缩扩比对半波纹微通道流动和传热特性的影响,设计了5种不同缩扩比的半波纹微通道模型,并对各通道内的层流流动(200＜Re＜1000,Re为雷诺数)和传热进行了数值模拟研究。结果表明,半波纹微通道的压降和努塞尔数随着流道缩扩比的减小而增大;与光滑微通道相比,半波纹微通道具有更优的传热性能但压降损失也更高;引入η作为综合性能指标,发现减小流道缩扩比是提高半波纹微通道综合换热能力的有效方式,且当Re＞490时,其综合换热能力均优于光滑微通道。     

结构形式对微槽内流动换热特性的影响

针对矩形、三角形和梯形3种微结构换热器内的流动和换热特性进行分析,并采用数值模拟的方法计算不同高宽比情况下3种微槽道结构散热器的流动和换热特性。结果表明:微槽道的摩阻系数随着雷诺数Re的增加而降低,但是随着高宽比的增加而增大;在相同的Re和高宽比时,矩形槽道的摩阻系数最大,三角形槽道的摩阻最小;当槽道类型和高宽比确定时,努塞尔数Nu随着Re的增加而增加,但是增加趋势逐渐趋于平缓。考虑进口效应等因素的影响,对不同槽道内的换热特性进行分析,给出了符合不同结构槽道的换热关系式。     

弧形微型散热片的流动和换热特性

建立了弧形微槽道散热片的三维稳态模型,对不同雷诺数、不同热流密度的弧形槽道层流的流动和换热特性进行了数值模拟和实验研究,并与换热面积相同的直矩形槽道进行比较。结果表明:弧形槽道散热片相对于直矩形槽道散热片冷却效果更好,并且温度分布更均匀;弧形槽道散热片的换热系数,进出口压降和努赛尔数随着雷诺数的增加而增大。     

一种微通道换热器的设计与分析(英文)

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置,对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明,当微通道水力直径为381μm时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时,微通道的摩阻比宏观理论计算值小31.6%～41.9%;微通道结构具有良好的换热性能,其Nu可达9.2。     

流道截面参量对微通道水冷镜热变形的影响

采用将有限体积法求解三维层流传热方程获得的温度场耦合到ANSYS进行热变形分析的方法,研究了流道截面形状和尺寸对微通道水冷镜内传热现象和镜面热畸变的影响。计算了矩形、梯形、圆形3种截面形状以及3种不同水力直径(百微米量级)下微通道水冷镜的平均换热系数、温升和镜面热变形。结果表明,同一条流道,各壁面温度并不随激光辐照面和镜面呈对称分布,最高温度偏向下游;侧壁的换热系数最大,且沿水流方向逐步减小;流道距进水口距离越大,其换热系数越小。在3种截面形状微通道中,减小截面尺寸可获得较大换热系数,且梯形截面微通道水冷镜能获得最小的镜面热变形量,在热流密度为14730 W/m2,水力直径为239μm,入口速度为2.54m/s的条件下,其镜面热变形仅为0.016μm。     

一种微通道换热器的设计与分析

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置，对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明，当微通道水力直径为381μm时，宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时，微通道的摩阻比宏观理论计算值小31．6％～41．9％；微通道结构具有良好的换热性能，其Nu可达9．2。     

微通道内流动沸腾强化换热研究进展

针对微通道流动沸腾换热,对润湿性和微结构强化微通道换热的最新研究进展进行了综述。总结了近年在金属和硅表面采用的表面处理技术,包括改变微通道表面润湿性、制作出非均匀润湿性的微通道表面、改变微通道尺寸与形状及制作多孔性涂层。通过把材料科学和强化流动沸腾换热关联起来并进行对比,找出适合相变换热的微通道表面。指出前人研究过程中出现的问题,为今后微通道的制作设计提供参考的理论基础,并对未来强化流动沸腾换热进行展望。     

一种基于场协同原理的强化液冷冷板研究

随着功率芯片热耗和热流密度的不断提高,常规的深孔钻液冷冷板难以满足高热流密度芯片的散热需求。基于场协同原理,设计出一种菱形肋强化换热冷板,并和传统的深孔钻、微通道冷板进行了综合性能对比。仿真和试验研究表明:在同样总温差下,菱形肋冷板所需流量可低至深孔钻的1/3 以上;换热面积相当时,菱形肋冷板的总温差约为矩形肋(微通道)冷板的83%左右。     

扰流小通道液冷冷板流动与传热特性的数值研究

为降低常规蛇形小通道液冷冷板的热阻,提高其对流换热能力,在流道内引入了一种强化换热结构,设计了扰流蛇形小通道液冷冷板,并利用数值模拟方法对两者进行了比较分析。相比于常规蛇形小通道液冷冷板,新的流道设计能够显著降低冷板的总热阻和进、出口压降,降幅分别可达9.2%和66.7%。此外,冷板平均努赛尔数(Nusselt, Nu)提高了17.2%。对冷板内部流动和传热情况进行了详尽的数值分析,研究了扰流小通道的强化传热效果及其作用机理。