特斯拉阀型微通道热沉换热强化的数值研究

发布时间：2024-05-27 18:30

　　由于受到空间的限制,微电子领域的散热设备必须满足体积小、效率高等特点。微通道热沉因其优良的特性,能够满足微电子设备的散热要求,目前已得到广泛运用。随着微电子技术的发展,电子设备的集成度越来越高,为了设备能够高效平稳运行,对散热提出了更高的要求。由于特斯拉型通道包含了分叉结构,当冷却流体流经时分叉结构可以增强对流体的扰动,达到增强换热的目的。本文采用数值模拟的方法,对特斯拉阀型微通道热沉的强化换热进行研究。改变特斯拉阀型通道级数、特斯拉阀弧形通道外侧半径以及特斯拉阀的设置方向,得到不同几何参数下特斯拉阀型微通道热沉底面的温度分布、平均温度和冷却流体的进出口压降,从而研究其换热特性和流动特性。当特斯拉阀级数为12,特斯拉阀弧形通道外侧半径为750μm时,微通道热沉的散热效果最好。当冷却流体流量小于5 mL/min时,特斯拉阀正向设置的散热性能及流动性能均优于逆向设置;当冷却流体流量大于5 mL/min时,特斯拉阀逆向设置的散热效果优于正向设置,但需要以更大的流体压降为代价。

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【部分图文】：

图1特斯拉阀型微通道热沉模型

本文采用的热沉长22mm，宽20mm，材料为铜，如图1所示。热沉上排列着特斯拉阀型的微通道，即冷却流体流经的通道。由于研究整个热沉需要的网格数量较大，为了简化，本文选取了单条特斯拉阀型微通道作为研究单元。

图2研究单元特征示意

图2(a）示出文中选取的研究单元示意。由图2(b）可知，研究单元宽1000μm，高300μm，特斯拉阀型微通道呈居中设置，其截面为正方形，边长为100μm。如图2(c）所示，为消除冷却流体的入口效应，在特斯拉阀微通道前端设置一段长为1250μm的直通道，相邻的两级特斯拉阀夹角....

图3特斯拉阀设置方向示意

当特斯拉阀的设置方向不同时，流体在其中的流动路径也会不同，如图3所示。当特斯拉阀按照图3(a）所示的方向设置时，流体沿着各级特斯拉阀的直通道流动，此时流体受到的阻力较小，所以将这种设置方式称为正向设置。当特斯拉阀按照图3(b）所示的方向设置时，流体会进入各级特斯拉阀的弧形通道，流....

图4方法验证结果

为验证数值方法的可靠性，采用上述数值方法对Qu等[22]的试验进行模拟，并将模拟结果与试验结果进行对比，如图4所示，数值模拟结果与试验结果能较好吻合，说明本文采用的数值方法具有可靠性。2结果与讨论

本文编号：3982944