矩形微通道内流动传热特性的数值模拟及结构优化
发布时间：2023-06-08 20:27
随着科学技术的飞速发展,电子设备的尺寸逐渐减小且集成度日益增大,这导致了单位尺寸下的热流密度急剧提升,因而微电子系统的散热问题越来越突出,设计研制传热效率更高、结构更加合理的微通道换热器以提高微尺度下的传热性能具有重要意义。本文选取微通道换热器中的最小流动单元,以单个微通道为研究对象,基于连续介质假设,采用变物性参数设置,通过数值模拟方法对不同截面形状的平直矩形微通道和不同凹槽结构的矩形微通道内流动传热问题进行研究,为微通道换热器的结构设计提供参考。针对去离子水在不同截面形状的硅基矩形微通道内的流动传热问题,建立了三维模型并进行了数值模拟。研究发现,增大通道入口流速,传热性能和综合性能提升,传热面温度降低,但微通道流动阻力显著增大。在截面高宽比相同的情况下,随着通道截面水力直径的增加,流动阻力减小,传热性能下降,微通道的综合性能提升。在不同限制条件下增大通道截面高宽比,微通道内流动阻力变化趋势不同,但均提升微通道传热性能,改善通道内温度分布的均匀性,有效提升对传热面的冷却效果。当截面宽度保持一定时,在截面高宽比大于2后继续增大高宽比,温度分布均匀性和对传热面冷却效果的提升幅度明显减小,...
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微通道单相流动传热特性研究
1.2.2 微通道散热器结构设计与优化
1.3 本文的研究工作
第二章 微通道流动传热模型的构建
2.1 微尺度流动传热简介
2.2 物理模型
2.3 数学模型
2.3.1 微通道划分
2.3.2 连续介质假设
2.3.3 物性参数设置
2.3.4 控制方程和边界条件
2.4 数值计算方法及模型验证
2.4.1 数值计算方法
2.4.2 网格无关性验证
2.4.3 数值模型可靠性验证
2.5 微通道流动传热性能评价
2.5.1 压降及摩擦阻力系数
2.5.2 对流换热系数及努塞尔数
2.5.3 摩擦因子、传热因子及评价因子
2.6 本章小结
第三章 不同截面结构的矩形微通道内流动传热特性研究
3.1 矩形微通道截面结构及相关参数设置
3.2 不同截面结构的矩形微通道内流动特性研究
3.2.1 通道水力直径对流动特性影响
3.2.2 截面高宽比对流动特性影响
3.3 不同截面结构的矩形微通道内传热特性研究
3.3.1 通道水力直径对传热特性影响
3.3.2 截面高宽比对传热特性影响
3.4 不同截面结构的矩形微通道综合性能评价
3.4.1 通道水力直径对微通道综合性能影响
3.4.2 截面高宽比对微通道综合性能影响
3.5 本章小结
第四章 不同凹槽结构的矩形微通道内流动传热特性研究
4.1 凹槽式矩形微通道结构及相关参数设置
4.2 不同凹槽深度的矩形微通道内流动传热特性研究
4.2.1 凹槽深度对流动特性影响
4.2.2 凹槽深度对传热特性影响
4.2.3 凹槽深度对微通道综合性能影响
4.3 不同凹槽宽度的矩形微通道内流动传热特性研究
4.3.1 凹槽宽度对流动特性影响
4.3.2 凹槽宽度对传热特性影响
4.3.3 凹槽宽度对微通道综合性能影响
4.4 不同凹槽间距的矩形微通道内流动传热特性研究
4.4.1 凹槽间距对流动特性影响
4.4.2 凹槽间距对传热特性影响
4.4.3 凹槽间距对微通道综合性能影响
4.5 不同凹槽数量的矩形微通道内流动传热特性研究
4.5.1 凹槽数量对流动特性影响
4.5.2 凹槽数量对传热特性影响
4.5.3 凹槽数量对微通道综合性能影响
4.6 不同凹槽布置方式的矩形微通道内流动传热特性研究
4.6.1 凹槽布置方式对流动特性影响
4.6.2 凹槽布置方式对传热特性影响
4.6.3 凹槽布置方式对微通道综合性能影响
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 主要创新点
5.3 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3832436
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微通道单相流动传热特性研究
1.2.2 微通道散热器结构设计与优化
1.3 本文的研究工作
第二章 微通道流动传热模型的构建
2.1 微尺度流动传热简介
2.2 物理模型
2.3 数学模型
2.3.1 微通道划分
2.3.2 连续介质假设
2.3.3 物性参数设置
2.3.4 控制方程和边界条件
2.4 数值计算方法及模型验证
2.4.1 数值计算方法
2.4.2 网格无关性验证
2.4.3 数值模型可靠性验证
2.5 微通道流动传热性能评价
2.5.1 压降及摩擦阻力系数
2.5.2 对流换热系数及努塞尔数
2.5.3 摩擦因子、传热因子及评价因子
2.6 本章小结
第三章 不同截面结构的矩形微通道内流动传热特性研究
3.1 矩形微通道截面结构及相关参数设置
3.2 不同截面结构的矩形微通道内流动特性研究
3.2.1 通道水力直径对流动特性影响
3.2.2 截面高宽比对流动特性影响
3.3 不同截面结构的矩形微通道内传热特性研究
3.3.1 通道水力直径对传热特性影响
3.3.2 截面高宽比对传热特性影响
3.4 不同截面结构的矩形微通道综合性能评价
3.4.1 通道水力直径对微通道综合性能影响
3.4.2 截面高宽比对微通道综合性能影响
3.5 本章小结
第四章 不同凹槽结构的矩形微通道内流动传热特性研究
4.1 凹槽式矩形微通道结构及相关参数设置
4.2 不同凹槽深度的矩形微通道内流动传热特性研究
4.2.1 凹槽深度对流动特性影响
4.2.2 凹槽深度对传热特性影响
4.2.3 凹槽深度对微通道综合性能影响
4.3 不同凹槽宽度的矩形微通道内流动传热特性研究
4.3.1 凹槽宽度对流动特性影响
4.3.2 凹槽宽度对传热特性影响
4.3.3 凹槽宽度对微通道综合性能影响
4.4 不同凹槽间距的矩形微通道内流动传热特性研究
4.4.1 凹槽间距对流动特性影响
4.4.2 凹槽间距对传热特性影响
4.4.3 凹槽间距对微通道综合性能影响
4.5 不同凹槽数量的矩形微通道内流动传热特性研究
4.5.1 凹槽数量对流动特性影响
4.5.2 凹槽数量对传热特性影响
4.5.3 凹槽数量对微通道综合性能影响
4.6 不同凹槽布置方式的矩形微通道内流动传热特性研究
4.6.1 凹槽布置方式对流动特性影响
4.6.2 凹槽布置方式对传热特性影响
4.6.3 凹槽布置方式对微通道综合性能影响
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 主要创新点
5.3 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3832436
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