单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究
发布时间：2021-09-30 06:48
通过热流固耦合模拟分析得到了不同微通道结构热沉基底的温度场及微通道内速度场,研究了相同入流功率下不同单层微通道拓扑结构对中心有高热流密度热点芯片的散热能力。结果表明:相同入流功率（0.05W）下,不同结构的散热能力排序由高到低为Y分形、弯曲散射、直散射（双侧出流）、直螺旋、直散射（单侧出流）、圆螺旋、树状分形、直槽结构;采用中心入流可有效降低芯片中心热点附近的温度,对于中心入流的散射结构,采用对称出流结构可提升其流动传热性能;Y分形结构具有良好的流动传热特性,对于热源面和中心热点均具有良好的散热效果。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模型结构示意图Fig.1Schematicdiagramofthemodelstructure2.2微通道拓扑构型设计
第1期杨晨光，等：单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究191图2(c)直散射-单侧出流(ZS-D)图2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))图2(e)圆螺旋(WL)图2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))图2(g)Y分形(Y-S)图2(h)树状分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))图28种热沉拓扑结构图Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3计算模型建立使用SpaceClaim进行三维建模，Hypermesh划分网格，CFD-Fluent流体分析软件进行模拟计算。该问题为低雷诺数的复杂流场问题，雷诺数范围为200~2500，故选取Transition-SST模型。流场与芯片均采用四面体网格，对流场近壁面网格进行加密，整体模型满足Y+<10，个别模型Y+<2，并进行了网格无关性验证。计算类型为稳态计算，采用Coupled算法求解控制方程，压力、动量、能量采用二阶迎风离散格式。对微通道热沉流动传热过程遵循以下假设：①工质流体不可压缩，流动过程中不发生相变；②忽略流体体积力，流体与壁面间无滑移；③流场及温度场为稳态。基于以上假设可得出以下考虑黏度的流体单元控制方程。连续性方程为divu0(6)式中u为流速常N-S方程为1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ为动力黏度。研究内容为流场-热沉热环境分析，分析过程中只对三维热传导和对流换热进行计算，忽略辐射换热。对于热沉内部，三维稳态热传导方程为0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q为内部热源热量。一般情况下无内
第1期杨晨光，等：单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究191图2(c)直散射-单侧出流(ZS-D)图2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))图2(e)圆螺旋(WL)图2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))图2(g)Y分形(Y-S)图2(h)树状分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))图28种热沉拓扑结构图Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3计算模型建立使用SpaceClaim进行三维建模，Hypermesh划分网格，CFD-Fluent流体分析软件进行模拟计算。该问题为低雷诺数的复杂流场问题，雷诺数范围为200~2500，故选取Transition-SST模型。流场与芯片均采用四面体网格，对流场近壁面网格进行加密，整体模型满足Y+<10，个别模型Y+<2，并进行了网格无关性验证。计算类型为稳态计算，采用Coupled算法求解控制方程，压力、动量、能量采用二阶迎风离散格式。对微通道热沉流动传热过程遵循以下假设：①工质流体不可压缩，流动过程中不发生相变；②忽略流体体积力，流体与壁面间无滑移；③流场及温度场为稳态。基于以上假设可得出以下考虑黏度的流体单元控制方程。连续性方程为divu0(6)式中u为流速常N-S方程为1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ为动力黏度。研究内容为流场-热沉热环境分析，分析过程中只对三维热传导和对流换热进行计算，忽略辐射换热。对于热沉内部，三维稳态热传导方程为0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q为内部热源热量。一般情况下无内
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片通道结构的拓扑优化研究[J]. 董馨,刘小民. 西安交通大学学报. 2018(06)
[2]芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究[J]. 徐尚龙,秦杰,胡广新. 中国机械工程. 2011(23)
硕士论文
[1]相控阵天线散热微通道冷板拓扑结构研究[D]. 吴龙文.电子科技大学 2017
本文编号：3415328
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模型结构示意图Fig.1Schematicdiagramofthemodelstructure2.2微通道拓扑构型设计
第1期杨晨光，等：单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究191图2(c)直散射-单侧出流(ZS-D)图2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))图2(e)圆螺旋(WL)图2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))图2(g)Y分形(Y-S)图2(h)树状分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))图28种热沉拓扑结构图Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3计算模型建立使用SpaceClaim进行三维建模，Hypermesh划分网格，CFD-Fluent流体分析软件进行模拟计算。该问题为低雷诺数的复杂流场问题，雷诺数范围为200~2500，故选取Transition-SST模型。流场与芯片均采用四面体网格，对流场近壁面网格进行加密，整体模型满足Y+<10，个别模型Y+<2，并进行了网格无关性验证。计算类型为稳态计算，采用Coupled算法求解控制方程，压力、动量、能量采用二阶迎风离散格式。对微通道热沉流动传热过程遵循以下假设：①工质流体不可压缩，流动过程中不发生相变；②忽略流体体积力，流体与壁面间无滑移；③流场及温度场为稳态。基于以上假设可得出以下考虑黏度的流体单元控制方程。连续性方程为divu0(6)式中u为流速常N-S方程为1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ为动力黏度。研究内容为流场-热沉热环境分析，分析过程中只对三维热传导和对流换热进行计算，忽略辐射换热。对于热沉内部，三维稳态热传导方程为0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q为内部热源热量。一般情况下无内
第1期杨晨光，等：单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究191图2(c)直散射-单侧出流(ZS-D)图2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))图2(e)圆螺旋(WL)图2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))图2(g)Y分形(Y-S)图2(h)树状分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))图28种热沉拓扑结构图Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3计算模型建立使用SpaceClaim进行三维建模，Hypermesh划分网格，CFD-Fluent流体分析软件进行模拟计算。该问题为低雷诺数的复杂流场问题，雷诺数范围为200~2500，故选取Transition-SST模型。流场与芯片均采用四面体网格，对流场近壁面网格进行加密，整体模型满足Y+<10，个别模型Y+<2，并进行了网格无关性验证。计算类型为稳态计算，采用Coupled算法求解控制方程，压力、动量、能量采用二阶迎风离散格式。对微通道热沉流动传热过程遵循以下假设：①工质流体不可压缩，流动过程中不发生相变；②忽略流体体积力，流体与壁面间无滑移；③流场及温度场为稳态。基于以上假设可得出以下考虑黏度的流体单元控制方程。连续性方程为divu0(6)式中u为流速常N-S方程为1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ为动力黏度。研究内容为流场-热沉热环境分析，分析过程中只对三维热传导和对流换热进行计算，忽略辐射换热。对于热沉内部，三维稳态热传导方程为0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q为内部热源热量。一般情况下无内
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片通道结构的拓扑优化研究[J]. 董馨,刘小民. 西安交通大学学报. 2018(06)
[2]芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究[J]. 徐尚龙,秦杰,胡广新. 中国机械工程. 2011(23)
硕士论文
[1]相控阵天线散热微通道冷板拓扑结构研究[D]. 吴龙文.电子科技大学 2017
本文编号：3415328
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