微流道热沉流动换热特性及热应力分析

发布时间：2017-12-13 14:07

  本文关键词：微流道热沉流动换热特性及热应力分析

  更多相关文章： 电子器件冷却 微流道热沉 流动换热 数值模拟 热应力耦合

【摘要】：本文以电子器件冷却为背景,对高热流密度芯片微流道热沉冷却进行了数值研究。对不同类型及结构的微流道热沉的流动与换热特性、综合换热性能以及冷却能力进行了数值分析;在此基础上对微流道热沉进行热应力分析。本文针对传统平直微流道热沉、矩形柱鳍微流道热沉、射流微流道热沉及双层平直微流道热沉的换热性能优缺点进行分析对比,得出在入口联箱添加金属泡沫有助于提高流道内换热场协同性及矩形柱鳍微流道热沉结构综合换热性能最好的结论。提出了平直通道开槽设置对流动换热性能的影响;针对矩形柱鳍微流道热沉,探寻了柱鳍分布密度、当量直径和旋转角度对流动换热的影响。对矩形柱鳍微流道热沉模型进行热-应力耦合分析研究,探究肋端间隙高度对流动换热特性的影响,获得下阶梯型柱鳍微流道热沉最优换热结构。通过对比四种典型微流道热沉模型发现,在入口联箱添加金属泡沫可以有效起到平衡流量分布、提高热沉换热能效的作用;与传统平直微流道相比,等泵功下矩形柱鳍微通道的综合换热能效更高。通过对平直开槽微流道热沉数值研究发现,在平直微流道结构进行开槽设置可以强化换热;此外开槽方式是影响传热效果的主要因素,增大矩形开槽宽度和梯形开槽底角可以达到强化换热的效果。在对矩形柱鳍微流道热沉的研究发现,柱鳍几何特性对微流道流动传热有重要影响:柱鳍分布孔隙率约为0.75时,微流道热沉换热性能最好;减小柱鳍当量直径可以增强热沉的冷却能力和换热性能;矩形柱鳍针肋旋转至约30°时换热强度及能效达到最佳效果。在对传统矩形柱鳍微流道热沉进行热应力分析时发现,顶部盖板的中心及外围边缘区域聚集了较大的热应力;等肋端间隙柱鳍结构可以减小其顶部盖板的热应力及应变,但同时也降低了热沉的冷却能力;而阶梯型矩形柱鳍微流道热沉不仅可以改善热沉顶部盖板的热应力分布,同时也可以兼顾获得较为理想的流动换热特性及芯片冷却能力;综合对比发现,下阶梯矩形柱鳍微流道热沉不仅换热能效高,且在热应力耦合分析中顶端盖板热应力-应变场最小。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124

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本文编号：1285401