三角形截面微通道中流体的流动和换热特性的理论研究和结构优化

发布时间：2017-11-04 09:10

  本文关键词：三角形截面微通道中流体的流动和换热特性的理论研究和结构优化

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【摘要】：近些年来,随着科学和技术朝着微型化、集成化和智能化方向迈进,微电子系统(MEMS)迅速发展,各种微电子产品不断朝着体积小、重量轻、集成化方向发展,导致电子产品散热问题越来越突出,电子产品上的温度及其温度分布对其性能的影响很大,传统的散热方式及冷却器已经远远不能满足电子设备中芯片的散热需求：微通道作为一种新型的热控制技术在机械、国防、医学和生物工程、航空航天、化学分析等领域广泛的应用,并且微通道换热器结构紧凑、换热效率高、质量轻、运行安全可靠、传热温差小等常规传统设备不具备的优越性,使得对微通道散热器的研究和应用迅速发展,并提出微通道内流动与传热过程的诸多课题,考虑生产加工以及清洗的方便,目前使用的微通道的截面主要以圆形和矩形居多,由于某些空间的局限性,在一些情况下不得不使用三角形或者其他形状的微通道。在本文中,以理想的、定物性、不可压缩流体为工作介质,在稳态层流流动下,研究等腰三角形微通道内充分发展段的对流和换热。首先,基于传统的流体在管道中流动的流体力学和传热学基础,选取等腰三角形管道中的微元体进行动量守恒及能量守恒分析,得到其动量方程及能量方程,并根据具体的边界条件解得不同顶角等腰三角形微通道内充分发展区中的速度分布和温度分布的解析表达式,进而得到对微通道内充分发展区中流体流动和散热性能具有代表性系数(努赛尔数和泊肃叶数)的表达式,并通过数值模拟验证结果的正确性。其次,通过之前推导得到的结果,对特定约束条件下的等腰三角形微通道散热器以得到较小压降和热阻为目标,微通道的尺寸结构变量作为设计变量,使用多目标遗传算法中的NSGA-Ⅱ(非支配排序多目标优化遗传算法)程序算法进行优化。最后,使用有限元软件对优化后的微通道内流体的流动和传热进行数值模拟,并对其散热性能进行分析。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124

【参考文献】

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本文编号：1138750