【摘要】：由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展,近年來(lái)現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)逐漸朝著智能化、集成化和小型化的方向發(fā)展,導(dǎo)致了電子芯片較大的能量消耗和熱流密度。因此,在各種應(yīng)用中的散熱,如電子芯片等,已經(jīng)越來(lái)越激發(fā)了人們對(duì)電子熱管理的興趣。其中,保證電子芯片的溫度均勻性是確保其高效正常工作的重中之重,也是散熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前,多冷卻通道可以有效地降低電子設(shè)備的溫度,且溫度均勻性得到了改善,但傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已不再能滿足芯片的高熱流要求。在此基礎(chǔ)上,本文結(jié)合熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一種基于多入口多出口效應(yīng)的L型換熱器,并從穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩個(gè)層面對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的流體流動(dòng)與傳熱特性的研究分析,同時(shí)還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的分析驗(yàn)證。具體工作成果如下:首先,通過(guò)ANSYS Fluent 15.0仿真軟件對(duì)在層流狀態(tài)(Re=200~1600)下的L型換熱器進(jìn)行了不同進(jìn)出口情況時(shí)的流動(dòng)換熱特性的數(shù)值研究,分別從速度、平均努塞爾數(shù)、壓降、均溫性以及總熱阻等方面進(jìn)行了具體的分析。結(jié)果表明,類型1(長(zhǎng)入短出),類型2(短入長(zhǎng)出)和類型3(長(zhǎng)短出入)從短軸流道開(kāi)始到長(zhǎng)軸流道結(jié)束,其中心線上的速度總體而言均呈現(xiàn)先減小后上升的趨勢(shì)。高溫?zé)狳c(diǎn)均分布于換熱器的四個(gè)角位置處,但底面的溫度梯度相對(duì)較小,其中類型3(長(zhǎng)短出入)的底面溫度均勻性最好。類型2(短入長(zhǎng)出)的平均努塞爾數(shù)最大,換熱效果最好,而壓降受不同進(jìn)出口變化的影響不明顯。類型1和類型2的總熱阻沒(méi)有明顯差別,而類型3的總熱阻比上述兩種類型較高。其次,對(duì)本文提出的L型換熱器搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄以及分析,并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果顯示努塞爾數(shù)最大誤差為4.34%,壓降最大誤差為5.66%,表明實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)的吻合性很好。其中,經(jīng)不確定性分析可知,實(shí)驗(yàn)中Re的最大不確定性為3.01%,Nu的最大不確定性為4.37%。最后,通過(guò)數(shù)值模擬的方法進(jìn)一步對(duì)L型散熱器進(jìn)行脈動(dòng)流作用下強(qiáng)化傳熱的研究與分析,主要從不同脈動(dòng)頻率f、振幅A_u和雷諾數(shù)Re三個(gè)影響參數(shù)對(duì)換熱器通道內(nèi)流體流動(dòng)與換熱進(jìn)行研討。結(jié)果表明:當(dāng)Re=800,振幅A_u=0.5時(shí),存在一個(gè)脈動(dòng)臨界頻率(0.01Hz),當(dāng)f0.01Hz時(shí),相對(duì)于穩(wěn)態(tài),脈動(dòng)流弱化了換熱效果,當(dāng)f0.01Hz時(shí),換熱增強(qiáng);當(dāng)雷諾數(shù)Re=800,頻率f=0.02Hz時(shí),相比穩(wěn)態(tài),振幅A_u等于0.25時(shí)的強(qiáng)化換熱效果最佳;當(dāng)頻率f=0.02Hz,振幅A_u=0.25時(shí),雷諾數(shù)Re越大,努塞爾數(shù)Nu也相應(yīng)增大,換熱效果不斷增強(qiáng);最后又通過(guò)速度與溫度梯度以及壓力梯度三場(chǎng)之間的協(xié)同原理分析了不同頻率、振幅與場(chǎng)協(xié)同角之間的關(guān)系和影響,進(jìn)一步闡述了強(qiáng)化換熱的機(jī)理。
【圖文】：

15HZ, 20HZ 時(shí)，在 5HZ 和 25HZ 脈動(dòng)流作用下的多孔通道散熱器具有較高的熱耗散率。多孔型換熱器結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。圖1.1 多孔通道散熱器結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高校與科研機(jī)構(gòu)在電子芯片設(shè)備散熱理論與技術(shù)研究方面取得了突破性進(jìn)展。殷際英[27]采用熱管理技術(shù)對(duì)一種熱管式芯片散熱器進(jìn)行了傳熱機(jī)理與傳熱熱阻的定性定量分析，通過(guò)計(jì)算實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明了管式散熱器可以在較小流量下對(duì)大功率 CPU 芯片進(jìn)行強(qiáng)化對(duì)流傳熱。楊冬梅和徐德好[28]采用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)比研究了常規(guī)蛇形散熱冷板和微通道冷板的流動(dòng)換熱性能，結(jié)果顯示流體速度對(duì)常規(guī)冷板的換熱影響不明顯，而通過(guò)結(jié)構(gòu)變化的微通道冷板的換熱性能卻明顯優(yōu)于傳統(tǒng)冷板。李悅[29]基于多芯片組件的散熱提出了多種多熱源凹凸微流道的散熱通道結(jié)構(gòu)，，通過(guò)微流道內(nèi)部各部分熱阻求出換熱器總體熱阻，并逆推出等效換熱系數(shù)，用 Icepack 分析驗(yàn)證熱阻算法的誤差性，得出該算法在功率較低時(shí)誤差不超過(guò) 5%

求解設(shè)置
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN403

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本文編號(hào)：2687998