【摘要】：微通道的流動沸騰換熱可實現(xiàn)小空間、大熱量的轉移,可應用于芯片冷卻等微尺度換熱領域。波形微通道通過改變通道結構,有望實現(xiàn)微通道流動沸騰換熱狀況的改善。本文設計了九組波形微通道和一組平直通道,基于CFD軟件的VOF模型,補充用戶自定義函數(shù),合理構建出微通道內流動沸騰換熱的理論模型。運用適合的數(shù)值計算方法實現(xiàn)流動沸騰換熱過程的數(shù)值模擬。主要研究波形結構參數(shù)(波幅、波距)對微通道流動沸騰的汽泡形態(tài)、汽液兩相流流型、流動沸騰的穩(wěn)定性和沸騰換熱效果等的作用規(guī)律,并與平直微通道對比,主要工作和結論如下:(1)對比波形微通道和平直微通道中速度場和流線圖,發(fā)現(xiàn)波形微通道中存在二次環(huán)流。比較波形微通道和平直微通道中的汽泡形態(tài),發(fā)現(xiàn)波形微通道中,由于二次環(huán)流的存在,成核的汽泡更易脫離,通道中汽泡的體積更小、數(shù)量更多,使波形微通道能夠維持核態(tài)沸騰。(2)平直微通道中的主要流型為:受限泡狀流、彈狀流、拉伸汽泡流、環(huán)狀流;波形微通道中的主要流型為:孤立泡狀流、彈狀流、拉伸汽泡流、環(huán)狀流。但是,波形微通道中的汽塞較短,不易堵塞微通道。環(huán)狀流階段,汽泡與加熱壁面仍有液膜存在,有利于流動沸騰的可靠換熱。(3)比較波形微通道和平直通道中的流動沸騰的穩(wěn)定性的差異。在T_(in)=368K,v_(in)=0.4 m·s~(-1),q_w=250 kW·m~(-2)工況下,t=20 ms~30 ms時間段內,波形微通道中溫度、進出口壓降波動的幅度小,頻率低,流動沸騰相對穩(wěn)定。而平直通道中,相同的條件下對應的溫度、壓降波動幅度大,頻率高,且壁面溫度不斷上升,出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象,不利于流動沸騰的穩(wěn)定。對比發(fā)現(xiàn),增大波幅或減小波距都有利于波形微通道流動沸騰的穩(wěn)定。(4)波形結構有利于提高微通道流動沸騰的可靠性,但是波幅和波距均應該控制在一定范圍內。當波距縮小到一定程度時,一味增加波幅反而會使微通道傳熱惡化。(5)同平直微通道相比,波形微通道的流動阻力和沸騰換熱系數(shù)均較高,且都隨著雷諾數(shù)Re的增大而增大。波幅、波距對波形微通道流動沸騰換熱效果均有影響,增大波幅(或減小波距),沸騰換熱系數(shù)和流動阻力都增大。波幅對沸騰系數(shù)的影響較大,波距對流動阻力的影響較為突出。相同波距下,波幅增大4倍,流動阻力、沸騰換熱系數(shù)分別增加24%、26.5%,相同波幅下,波距減小4倍,流動阻力、沸騰換熱系數(shù)分別增加40%、16%。(6)選取綜合評價因子評判十組微通道的綜合換熱性能,可以得出,#4波形微通道(A=40μm、λ=0.5 mm)的綜合換熱性能較好。
【圖文】：

也已達到微米級別。例如，英特爾公司的代號為 Sandy Bridge以在 261 mm2的芯片上集成接近 109 個晶體管，服務器微處理功耗將超過 130W。這意味著滿負荷運行時，芯片上的熱流密W m-2 [2]。電子設備要維持正常穩(wěn)定運轉，其工作溫度必須控內，而且電子元器件對溫度十分敏感，器件溫度超過其安全工作 ℃，可靠性就會下降 5％[3]。傳統(tǒng)的散熱方式——普通的空冷卻，需要的散熱設備體積較大，單位空間的熱流密度較低，很效果。，電子器件的散熱方式的選擇不僅要考慮散熱能力，還要綜合結構尺寸、工作環(huán)境及其他特殊要求。因此，盡管近幾年微通式已經(jīng)在市場上得到了應用，但是，微通道的單相流冷卻易造，造成較大的熱應力。如何在有限的空間內實現(xiàn)高熱流密度的卻系統(tǒng)穩(wěn)定運行，是亟待解決的問題。

圖 1.2 幾種散熱方法體積功率密度的對比.1、1.2 中給出幾種電子散熱方法的傳熱系數(shù)和體積功率密度（熱從圖中可以觀察到，相變冷卻的傳熱系數(shù)和體積功率密度遠遠。相比于單相對流換熱，，帶有相變的“液冷”方式利用液體汽熱巨大這一特點，逐漸被人們所利用。流動沸騰換熱是一種比的液冷方式，很多行業(yè)的生產(chǎn)設備都涉及到流動沸騰換熱工況將其應用擴展到微尺度散熱的領域中。道的流動沸騰換熱冷卻基于相變原理，充分利用微尺度效應和大量熱量的特點，在相同的熱負荷下，所需的質量流量遠遠小從而降低設備所需的驅動功，解決大多冷卻設備功耗過高的問動沸騰換熱可以降低傳熱熱阻，使溫度分布更加均勻，減小換提高換熱設備的可靠性。因此微通道流動沸騰冷卻技術是解決的一種非常有效的途徑，越來越受到人們的青睞[4,5]。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN40;TK124

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前3條

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本文編號：2654297