通過熱流固耦合模擬分析得到了不同微通道結(jié)構(gòu)熱沉基底的溫度場及微通道內(nèi)速度場,研究了相同入流功率下不同單層微通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對中心有高熱流密度熱點(diǎn)芯片的散熱能力。結(jié)果表明:相同入流功率（0.05W）下,不同結(jié)構(gòu)的散熱能力排序由高到低為Y分形、彎曲散射、直散射（雙側(cè)出流）、直螺旋、直散射（單側(cè)出流）、圓螺旋、樹狀分形、直槽結(jié)構(gòu);采用中心入流可有效降低芯片中心熱點(diǎn)附近的溫度,對于中心入流的散射結(jié)構(gòu),采用對稱出流結(jié)構(gòu)可提升其流動傳熱性能;Y分形結(jié)構(gòu)具有良好的流動傳熱特性,對于熱源面和中心熱點(diǎn)均具有良好的散熱效果。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2020,37(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

模型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Schematicdiagramofthemodelstructure2.2微通道拓?fù)錁?gòu)型設(shè)計

第1期楊晨光，等：單層微通道熱沉拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對芯片中心熱點(diǎn)的降溫效能研究191圖2(c)直散射-單側(cè)出流(ZS-D)圖2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))圖2(e)圓螺旋(WL)圖2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))圖2(g)Y分形(Y-S)圖2(h)樹狀分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))圖28種熱沉拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3計算模型建立使用SpaceClaim進(jìn)行三維建模，Hypermesh劃分網(wǎng)格，CFD-Fluent流體分析軟件進(jìn)行模擬計算。該問題為低雷諾數(shù)的復(fù)雜流場問題，雷諾數(shù)范圍為200~2500，故選取Transition-SST模型。流場與芯片均采用四面體網(wǎng)格，對流場近壁面網(wǎng)格進(jìn)行加密，整體模型滿足Y+<10，個別模型Y+<2，并進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗證。計算類型為穩(wěn)態(tài)計算，采用Coupled算法求解控制方程，壓力、動量、能量采用二階迎風(fēng)離散格式。對微通道熱沉流動傳熱過程遵循以下假設(shè)：①工質(zhì)流體不可壓縮，流動過程中不發(fā)生相變；②忽略流體體積力，流體與壁面間無滑移；③流場及溫度場為穩(wěn)態(tài)�；谝陨霞僭O(shè)可得出以下考慮黏度的流體單元控制方程。連續(xù)性方程為divu0(6)式中u為流速常N-S方程為1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ為動力黏度。研究內(nèi)容為流場-熱沉熱環(huán)境分析，分析過程中只對三維熱傳導(dǎo)和對流換熱進(jìn)行計算，忽略輻射換熱。對于熱沉內(nèi)部，三維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程為0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q為內(nèi)部熱源熱量。一般情況下無內(nèi)

第1期楊晨光，等：單層微通道熱沉拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對芯片中心熱點(diǎn)的降溫效能研究191圖2(c)直散射-單側(cè)出流(ZS-D)圖2(d)直散射(ZS)(straightscatter-onesideoutlet(ZS-D))(straightscatter(ZS))圖2(e)圓螺旋(WL)圖2(f)直螺旋(ZL)(circularspiral(WL))(straightspiral(ZL))圖2(g)Y分形(Y-S)圖2(h)樹狀分形(T-S)(Y-shape(Y-S))(tree-shape(T-S))圖28種熱沉拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.28kindsoftopologystructureoftheheatsink3計算模型建立使用SpaceClaim進(jìn)行三維建模，Hypermesh劃分網(wǎng)格，CFD-Fluent流體分析軟件進(jìn)行模擬計算。該問題為低雷諾數(shù)的復(fù)雜流場問題，雷諾數(shù)范圍為200~2500，故選取Transition-SST模型。流場與芯片均采用四面體網(wǎng)格，對流場近壁面網(wǎng)格進(jìn)行加密，整體模型滿足Y+<10，個別模型Y+<2，并進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗證。計算類型為穩(wěn)態(tài)計算，采用Coupled算法求解控制方程，壓力、動量、能量采用二階迎風(fēng)離散格式。對微通道熱沉流動傳熱過程遵循以下假設(shè)：①工質(zhì)流體不可壓縮，流動過程中不發(fā)生相變；②忽略流體體積力，流體與壁面間無滑移；③流場及溫度場為穩(wěn)態(tài)�；谝陨霞僭O(shè)可得出以下考慮黏度的流體單元控制方程。連續(xù)性方程為divu0(6)式中u為流速常N-S方程為1231divgrad,iiiixxxxxxxivvvpvvvvxyzx(i1,2,3)(7)式中μ為動力黏度。研究內(nèi)容為流場-熱沉熱環(huán)境分析，分析過程中只對三維熱傳導(dǎo)和對流換熱進(jìn)行計算，忽略輻射換熱。對于熱沉內(nèi)部，三維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程為0TTTkkkqxxyyzz(8)式中q為內(nèi)部熱源熱量。一般情況下無內(nèi)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微流控芯片通道結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化研究[J]. 董馨,劉小民.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[2]芯片冷卻用微通道散熱結(jié)構(gòu)熱流耦合場數(shù)值研究[J]. 徐尚龍,秦杰,胡廣新.  中國機(jī)械工程. 2011(23)

碩士論文
[1]相控陣天線散熱微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究[D]. 吳龍文.電子科技大學(xué) 2017



本文編號：3415328