發(fā)布時(shí)間：2021-03-04 01:50

　　歧管式微通道（manifold microchannel, MMC）熱沉散熱技術(shù)是新興的微尺度電子冷卻技術(shù),具有較高的散熱潛力和應(yīng)用前景.本文使用基于開(kāi)源軟件OpenFOAM編寫(xiě)的自編程求解器,對(duì)MMC熱沉內(nèi)過(guò)冷流動(dòng)沸騰的過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究.與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證之后,對(duì)微通道熱沉的通道寬度和翅片寬度變化帶來(lái)的影響進(jìn)行了初步探討.結(jié)果表明,當(dāng)通道和翅片的寬度相同時(shí),尺寸越小,熱沉加熱面的平均溫度越低,換熱性能越好;但是當(dāng)寬度過(guò)小時(shí)（小于15μm）,熱沉進(jìn)出口總壓降將隨著寬度變小而大幅增加.當(dāng)MMC熱沉的通道總數(shù)保持不變時(shí),增大微通道寬度,翅片寬度減小,加熱面平均溫度逐漸上升,進(jìn)出口壓降減小.與經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的熱沉樣品A相比,熱沉C在犧牲少量換熱性能的前提下,可以大幅度降低熱沉進(jìn)出口的壓力損失. 

【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(17)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)測(cè)試芯片底面平均溫度與熱流密度的關(guān)系

本文選取Drummond等人[14]的MMC熱沉陣列流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示圖1(a)為芯片表面散熱結(jié)構(gòu)布置的俯視圖.該測(cè)試芯片的尺寸為5 mm×5 mm,芯片被等分成9個(gè)正方形區(qū)域每個(gè)區(qū)域裝配一個(gè)MMC熱沉(1.5 mm×1.5 mm).MMC熱沉的微通道結(jié)構(gòu)直接刻蝕于測(cè)試芯片表面,隨后與硅材料制作的分流器黏合,形成完整的流道結(jié)構(gòu).圖1(b)為圖1(a)中的一部分MMC熱沉,表示MMC熱沉有一個(gè)矩形的入口區(qū),且該區(qū)域?qū)?yīng)刻蝕有50條平行微通道的芯片表面.過(guò)冷液從入口區(qū)域進(jìn)入MMC熱沉,隨后進(jìn)入50條微通道中,沖擊芯片并向兩側(cè)分流,最后匯流于出口區(qū)域排出MMC熱沉,如圖1(c)所示.對(duì)MMC熱沉進(jìn)行整體的數(shù)值模擬將十分耗費(fèi)計(jì)算資源,因此本文利用該結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,采用提取單元模型的方法對(duì)計(jì)算域進(jìn)行有效簡(jiǎn)化.如圖1(d)所示,單元模型主要由半塊翅片和半個(gè)微通道組合而成.該長(zhǎng)方體區(qū)域的4個(gè)側(cè)面均為鏡像對(duì)稱(chēng)面,其體積只占MMC熱沉的1/200,將顯著降低計(jì)算資源消耗.入流的過(guò)冷液到達(dá)翅片頂端時(shí)經(jīng)過(guò)突縮后進(jìn)入微通道內(nèi),隨后沖擊在通道底部并分為兩路,沿著基底流動(dòng)一段距離后與對(duì)向來(lái)流匯合,并向上經(jīng)過(guò)突擴(kuò)結(jié)構(gòu)流出微通道.在液體經(jīng)過(guò)微通道時(shí),流動(dòng)沸騰同時(shí)發(fā)生,因此出口處的流體應(yīng)為氣液混合物.更為詳細(xì)的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖可見(jiàn)于文獻(xiàn)[14].MMC熱沉中過(guò)冷流動(dòng)沸騰冷卻的制冷劑為HFE-7100,主要原因在于該工質(zhì)具有電絕緣性和低沸點(diǎn)(66°C)特性,而且該工質(zhì)與固體材料接觸時(shí)基本表現(xiàn)為親水特性,有利于提升流動(dòng)沸騰的換熱性能.本研究假設(shè)工質(zhì)的物性為常量,詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1[15,16].為簡(jiǎn)化模擬過(guò)程,做出如下假設(shè):(1)流體與固體均表現(xiàn)為常物性;(2)測(cè)試芯片底面加熱為均勻熱流;(3)裝配引起的誤差可忽略不計(jì);(4)忽略重力;(5)不考慮接觸熱阻.

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)0.2 s時(shí)熱沉溫度分布與相分布.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同肋片結(jié)構(gòu)的印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性[J]. 褚雯霄,李雄輝,馬挺,曾敏,王秋旺.  科學(xué)通報(bào). 2017(16)
[2]微/納尺度高功率電子器件產(chǎn)熱與傳熱特性[J]. 王博,宣益民,李強(qiáng).  科學(xué)通報(bào). 2012(33)
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本文編號(hào)：3062351