微通道散热器流道优化与传热性能研究

发布时间：2017-05-18 19:14

  本文关键词：微通道散热器流道优化与传热性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微电子元器件趋于向集成化、大功率方向发展,高发热量必将严重降低其使用性能和可靠性,导致元器件内部结构破坏、形变、功能失效等。面对这一现状,散热设计已成为针对电子器件结构设计的关键环节。因此,对于通过液冷冷却方式带走热量的微通道散热器设计在该领域凸显而出,其体积小、成本低、效率高等特点不仅能满足散热需要,而且运行稳定可靠。本文研究了矩形微通道散热器的结构尺寸优化与流动传热性能,具体工作包括:(1)针对矩形微通道散热器单一因素对结构参数的影响研究,得到了各因素对散热器表面结温影响的主次顺序:微槽个数?基底厚度?槽栅宽度?微槽高度?微槽宽度;以各项单一因素的影响为依据,运用正交试验法得到离散型优化结果:微槽高度为1mm,微槽宽度为0.5mm,槽栅宽度为0.8mm,微槽个数为21,基底厚度为0.5mm。(2)根据单层微通道结构及数学模型,建立微通道热阻网络模型,并以整体热阻和压降作为目标函数进行多目标优化设计,得到热阻加权系数ω1介于0.2~0.4时能同时兼顾各项指标,相应的优化结构尺寸为N=25~32,b=0.62~0.85mm,c=0.22mm,a=1.3mm,t=0.2mm;从实际材料成本的角度出发,以热阻和重量作为目标函数得到热阻加权系数ω1介于0.4~0.6时各项指标最优,相应的优化尺寸为N=20~29,b=1.12~0.75mm,c=0.2mm,a=1.3mm,t=0.2mm,提供了一种最优材料成本的选择方案。(3)对优化所得的离散组和连续组流道模型进行仿真模拟并与初始组模型进行分析对比,从各组模型的换热特性、流动性能以及综合性能进行详细的分析对比,无论是在温度分布的高与低或分布均匀性,还是流体流动稳定性,或是单位热阻和所需驱动泵功率上,离散组和连续组流道模型的散热效果均优于初始组流道模型;针对不同环境分别研究了改变底部加热热流密度和流体进口温度的影响;引入JF因子作为对综合换热性能的评判标准,并根据仿真数据拟合出了计算平均努塞尔数Nu的经验公式。(4)通过实验平台的搭建对3种流道模型进行实物加工及实验测试,并对其数据进行整理分析,得到离散组和连续组两种优化后的散热器散热效果更好;连续组实验试件温度分布均匀性更好,可以更好地控制热源温度分布平稳性。
【关键词】：微通道散热器 热阻网络模型 多目标优化 正交试验 JF因子
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN602;TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 微通道散热器的传热性能研究12-13
• 1.2.2 微通道散热器的结构尺寸优化13-14
• 1.3 课题来源14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 矩形微通道散热器离散型优化设计16-38
• 2.1 单一因素对散热器散热性能的影响16-24
• 2.1.1 通道长度对散热性能的影响17-18
• 2.1.2 基底厚度对散热性能的影响18-19
• 2.1.3 槽栅宽度对散热性能的影响19-20
• 2.1.4 微槽个数对散热性能的影响20-21
• 2.1.5 微槽高度对散热性能的影响21-23
• 2.1.6 微槽宽度对散热性能的影响23-24
• 2.2 微通道散热器的正交试验优化24-37
• 2.2.1 正交试验法的简介24-26
• 2.2.2 正交试验的安排26-28
• 2.2.3 正交试验的数据计算28-30
• 2.2.4 正交试验的数据分析30-36
• 2.2.4.1 方差分析31-34
• 2.2.4.2 极差分析34-36
• 2.2.5 正交试验优化结论36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 矩形微通道散热器连续型优化设计38-53
• 3.1 矩形微通道的结构模型38-41
• 3.1.1 物理模型及计算区域38
• 3.1.2 热阻网络模型38-41
• 3.2 多目标优化设计41-43
• 3.2.1 多目标优化简介41-42
• 3.2.2 优化的目标函数42-43
• 3.3 热阻和压降的优化设计43-47
• 3.3.1 R与△P优化设计及结果43-46
• 3.3.2 R与△P优化结果验证46-47
• 3.4 热阻和重量的优化设计47-51
• 3.4.1 R与G优化设计及结果47-50
• 3.4.2 R与G优化结果验证50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 矩形微通道散热器传热性能研究53-76
• 4.1 热流耦合的数学模型53-56
• 4.1.1 热流耦合相关方程53-55
• 4.1.2 有限体积法基本思想55
• 4.1.3 热流耦合数学模型的建立55-56
• 4.2 矩形微通道散热器的建模与设置56-58
• 4.2.1 建立整体几何模型56-58
• 4.2.2 边界条件设置及网格划分58
• 4.3 矩形微通道散热器的热分析58-71
• 4.3.1 换热特性的对比分析59-63
• 4.3.2 流动性能的对比分析63-67
• 4.3.3 综合性能的对比分析67-71
• 4.4 JF影响因子评估71-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 矩形微通道散热器传热性能实验76-87
• 5.1 实验目的76
• 5.2 实验平台的搭建76-82
• 5.2.1 实验设计方案76-77
• 5.2.2 流道模型的实物加工77-79
• 5.2.3 实验器材选取与系统搭建79-82
• 5.3 实验结果及分析82-86
• 5.3.1 实验步骤及注意事项82-83
• 5.3.2 实验数据及结果分析83-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-94
• 攻读硕士学位期间取得的成果94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐仲安,王天保,李常英,暴丽艳,马青梅,苗玉宁;正交试验设计法简介[J];科技情报开发与经济;2002年05期

  本文关键词：微通道散热器流道优化与传热性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：376923