基于压电驱动的微通道散热系统研究

发布时间：2020-06-20 03:34

【摘要】：随着微机电加工技术的进步,微小型电子设备封装尺寸迅速减小,热流密度急剧增长,使得设备的稳定性与寿命受到影响,因此微小型电子设备的热设计受到广泛关注。微通道散热系统因其规格小、单位面积换热效率高和可控性强等优点,成为了微小型电子设备散热研究的焦点。作为微通道散热系统的主要组成部分,微泵和微通道散热器是提高系统散热性能的关键点。因此微泵的结构设计和改进、微通道散热器的结构设计和优化对于提高微通道散热系统的散热性能具有十分重要的意义。在经典压电驱动泵的基础上对其主要结构进行了重新设计。分别对杠杆和桥式外部移放大机构进行了模型设计,并构建了液压式外部放大机构。对三种外部放大机构进行动力学分析和数值建模,以有限元法验证模型的正确性。其中,液压式微位移放大机构性能最优,其放大倍数是50.6,频率是6.94kHz,且结构体积仅有240.21mm3。设计出盘式截止阀作为压电驱动泵的阀门,并对其进行动力学和湿模态分析以确定其振动性能,压电驱动泵的盘式截止阀振动幅值为0.048mm。最终得到压电驱动泵的输出流量为67.038ml/min。为了在微泵输出流量内,进一步提高微通道散热系统的散热性能,对矩形微通道散热器的结构和截面形状进行理论优化、仿真和实验分析。依据有效集算法对微通道散热器的多目标进行结构优化,建立了热阻与所需泵功率耦合模型,得最优解为26孔矩形微通道,热阻为0.2574K/W,所需泵功率为3.243×10-5W。在最优矩形微通道散热器的基础上,对其进行截面仿真优化.结果表明.新截面微通道散热器比最优矩形散热器性能提高6.49%。搭建微通道散热系统性能实验平台,结果表明,矩形微通道热阻的实验结果与理论分析误差为7.45%,所需泵功率实验值与理论误差为2.32%。新截面微通道散热器的散热性能比矩形微通道散热器提高了 11.3%。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH38
【图文】：

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的微通道散热器。对这种新提出的、紧凑的、适于小型设备的散热器进行实逡逑验，其结果表明该散热器可以将集成电路最高温度控制在７１°Ｃ以下，表明微逡逑通道散热器换热性能远超传统方式［９］。如图１－１所示，Ｐｅｒｒｅｔ等人则在基底材逡逑料和微通道截面形状上进行改进，设计了矩形、菱形和六边形三种截面的硅逡逑衬底微通道集成散热装置，数值分析结果显示：在一定的压降、温升的条件逡逑下，矩形截面微通道热阻最低逡逑Ｖ／＾ｒ－＾７／逦—，，—逡逑■ｄ＂ｈ邋ｒ邋ｎ邋ｎ邋ｎ１／邋Ａ！邋＜＾）逡逑Ｄ邋ｒ邋ｎ邋ｍ邋ｈ邋ｔ７逦！邋Ｖｉ邋｜逡逑逦邋Ｌ邋Ｊ邋Ｊ邋Ｕ邋／Ｖ￣Ｉ邋２ａ邋！逡逑＾邋；ｔ：邋＊逡逑图１－１矩形、菱形和六边形三种截面的微通道示意图逡逑２１世纪后，随着微细加工技术的提高，Ｄｅｂｏｒａｈ设计了不断分支的盘形逡逑和直通微通道散热器「Ａ，如图１－２所示。在盘形和直通微通道散热器通道总逡逑２逡逑

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年新加坡国立大学的Ｙｏｎｇ和Ｓｉｎｇｈ等人在矩形微改变倾斜角和翅片间距研究其对于传热性能的影响［１的斜翅片倾斜角和翅片间距都有利于提高散热性能，倾斜角为２７°、翅片距离为４００ｐｍ时，该型号斜通道传热性能提高了邋４７％。伊斯兰自由大学的Ａｋｂａ同浓度氧化铜下，研究了在矩形微通道中添加不同于散热性能的影响＇？。在散热介质是４％的氧化铜宽度为０．３２５的半附加肋板微通道散热器不仅摩擦低，而且传热系数高，成为最佳比例的微通道散热的Ａｎｄｈａｒｅ等人设计、制造和测试了一种多通道歧图１－３所不。在质量流量只有２０ｇ／ｓ，压降只有５．８５ｂ器传热系数达２００００Ｗ／（ｍ２．ｋ：ｕ逡逑

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