底面具有波纹结构的微通道设计与强化传热性能研究

发布时间：2017-09-05 08:21

  本文关键词：底面具有波纹结构的微通道设计与强化传热性能研究

  更多相关文章： 波纹结构 微通道热沉 压降测试 传热性能 波动性

【摘要】：电子科技产品功能需求的日益多样化和微电子加工技术的快速发展,使电子器件的性能越来越高但尺寸越来越小,因此造成了芯片高性能、高稳定性的要求与高热流密度散热问题之间的矛盾。为此,本文基于微通道强化传热技术,设计制造了一种底部具有波纹结构的微通道(以下简称为底部波纹结构微通道)热沉,并通过计算机模拟和实验测试相结合对该结构进行了形貌表征、压降测试和受迫对流传热研究,重点探究了波纹结构参数对压降和传热性能的影响,主要工作如下:(1)设计了一种底部具有波纹结构的微通道热沉,对各参数进行了设计并采用数控微铣削加工出具有不同波幅和波距的底部波纹结构微通道热沉,对样品微通道底部进行了结构扫描和形貌表征。(2)利用ANSYS-Fluent对底部波纹结构微通道进行了低流速(0.22~1.19m/s)和低雷诺数(150~820)条件下的受迫对流压降和流体流态模拟,搭建实验平台并进行了对流压降实验验证,发现在微通道中引入波纹结构底部影响了规则的层流边界层,并在受迫对流中较平底微通道有效减小对流压降最高达40%,且波纹结构波距对压降的影响较大,波幅的影响较小。(3)设计并搭建了受迫对流传热测试平台,并在不同入口温度(30℃、60℃和90℃)和低质量流量条件下,对样品进行了对流传热温度和压力研究,对流动形态、单相传热系数及其壁温升温曲线、两相传热系数及其壁温升温曲线进行了分析。研究了波纹结构参数对传热性能的影响,为波纹微通道的设计提供了参考依据。通过对比平底微通道的传热性能,发现波纹结构底部在单相传热和两相传热中皆能有效强化传热性能,降低壁面温度最高达15℃,并增大极限热流密度。(4)对底部波纹结构微通道热沉在两相流动中的出入口温度及压力的波动进行了研究,发现较平底微通道,底部波纹结构引起了大幅度和长周期的温度压力波动。分析了有效输入功率、波纹结构参数和入口温度对周期性波动的影响,结合传热测试,研究了波动性对波纹结构微通道在两相传热中传热性能的影响。对比发现,波纹结构波幅越大,入口温度越高,底部波纹结构微通道所造成的大幅度周期性温度压力波动的范围越小,周期越短,且这种波动性在波纹微通道中更有利于强化传热。
【关键词】：波纹结构 微通道热沉 压降测试 传热性能 波动性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN405
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符号表及物理量名称11-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 微通道加工方法及相关研究14-16
• 1.3 表面结构通道传热性能的研究进展16-26
• 1.3.1 多孔结构强化传热16-18
• 1.3.2 粗糙度对传热性能的影响18-19
• 1.3.3 凹坑结构对传热性能的影响19-21
• 1.3.4 波纹结构对传热性能的影响21-26
• 1.4 本文研究内容26-28
• 1.4.1 课题来源26
• 1.4.2 研究目标26
• 1.4.3 研究内容26-28
• 第二章 底部波纹结构微通道的设计制造与形貌表征28-37
• 2.1 引言28
• 2.2 微通道的设计28-29
• 2.3 微通道的加工制造29-31
• 2.4 微通道表面结构与形貌表征31-36
• 2.4.1 实验仪器32
• 2.4.2 微铣削样品表面结构与形貌分析32-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 微通道受迫对流压降有限元分析与实验研究37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 底部波纹结构微通道流态模拟37-43
• 3.2.1 有限元模拟建模37-39
• 3.2.2 流速对流态的影响39-40
• 3.2.3 波幅对流态的影响40-42
• 3.2.4 波距对流态的影响42-43
• 3.3 底部波纹结构微通道压降测试装置及方法43-46
• 3.3.1 实验装置与样品43-45
• 3.3.2 数据处理方法45
• 3.3.3 实验测试的误差分析45-46
• 3.4 底部波纹结构微通道压降测试46-49
• 3.4.1 波幅对压降的影响46-48
• 3.4.2 波距对压降的影响48
• 3.4.3 测试结果与模拟结果比较48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 底部波纹结构微通道强化传热性能研究51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 测试装置及样品51-55
• 4.2.1 测试系统及步骤51-54
• 4.2.2 测试样品54-55
• 4.3 测试数据处理方法55-58
• 4.4 微通道受迫对流汽泡行为研究58-62
• 4.5 底部波纹结构微通道传热性能研究62-68
• 4.5.1 壁温升温曲线62-66
• 4.5.2 单相传热特性66-67
• 4.5.3 两相传热特性67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 两相换热中的波动性研究69-78
• 5.1 引言69
• 5.2 有效输入功率对波动性的影响69-73
• 5.3 底部波纹结构参数对波动性的影响73-75
• 5.3.1 波幅对波动性的影响73-74
• 5.3.2 波距对波动性的影响74-75
• 5.4 入口温度对波动性的影响75-76
• 5.5 本章小结76-78
• 结论与展望78-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-88
• 致谢88-89
• 附件89

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本文编号：796870