微散热器流体通道结构参数对工质流动及传热特性影响的研究

摘要

伴随机械系统向微小尺寸、高集成度、多功能化趋势的发展，系统产生的热流密度越来越大，传统的强制风冷散热己不能满足散热需求，以微通道冷却技术为基础的微散热器具有体积小、散热效率高等特点，能在小面积内实现高效导热，为微机械系统的散热提供了最有前景的解决方案。本文研究微散热器内流体通道（微通道）的结构参数对工质流动及传热特性的影响规律，为微散热器散热性能提高及结构优化提供理论参考，本文开展的主要工作有:
　　 首先，分别对流体通道截面形状为矩形、三角形、梯形和半圆形的微散热器进行数值模拟研究，结果表明，在相同条件下，矩形流体通道微散热器具有更佳的散热性能。
　　 其次，对矩形流体通道微散热器的流动及传热特性进行理论研究，分别建立了阻力系数、总压降、Nu数的数学模型，得出它们在不同水力直径和入口速度下的理论预测值。
　　 最后，对不同水力直径的矩形流体通道微散热器的流动及传热特性进行数值模拟和实验研究，并将模拟和实验结果与理论预测值进行对比，得出相关结论，同时分析误差产生原因，并对流动及传热参数的理论模型进行修正，得出在微散热器中更为适用的流动与传热模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 微散热器流动与传热特性研究方法的确立

2．1 微散热器及微散热系统

2．1．1 微散热器

2．1．2 微散热系统

2．2 微尺度划分及微尺度下流体流动的特殊效应

2．2．1 微尺度划分

2．2．2 微尺度下流体流动特殊效应

2．3 微散热器内工质流动与传热特性研究方法

2．3．1 本文研究方法的确立

2．3．2 微散热器内流体流动与传热的控制方程

2．4 不同截面形状微散热器流动及传热特性的数值模拟

2．4．1 FLUENT软件求解流程

2．4．2 不同截面形状微散热器的物理模型

2．4．3 网格划分

2．4．4 初始化条件和边界条件设定

2．4．5 数值模拟结果分析

2．5 本章小结

第三章 矩形流体通道微散热器内流体流动及传热特性理论分析

3．1 矩形流体通道微散热器阻力及压降的理论分析

3．1．1 矩形流体通道微散热器物理模型

3．1．2 矩形流体通道微散热器阻力分析

3．2 矩形流体通道微散热器速度分析

3．3 矩形流体通道微散热器Nu数理论分析

3．4 本章小结

第四章 矩形流体通道微散热器内流体流动及传热特性数值模拟

4．1 矩形流体通道微散热器网格模型

4．2 不同水力直径微散热器流动与传热特性的数值模拟

4．2．1 不同水力直径矩形流体通道尺寸描述

4．2．2 初始化条件和边界条件

4．2．3 水力直径对微散热器压降的影响

4．2．4 水力直径对微散热器的阻力系数影响

4．2．5 水力直径对微散热器内速度梯度和压强梯度的影响

4．2．6 水力直径对微散热器对流换热Nu数的影响

4．3 本章小结

第五章 微散热器流动与传热特性的实验研究

5．1 实验平台的建立

5．1．1 实验平台总体方案

5．1．2 试验件

5．1．3 动力系统

5．1．4 加热系统

5．1．5 数据采集系统

5．1．6 实验步骤

5．2 实验数据处理

5．2．1 压降和阻力系数计算公式

5．2．2 对流换热Nu数计算公式

5．3 实验结果分析

5．3．1 水力直径对实验压降值的影响

5．3．2 水力直径对实验阻力系数的影响

5．3．3 水力直径对实验对流换热Nu数的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

附录1 温度采集程序

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果