發(fā)布時間：2017-09-05 08:21

  本文關(guān)鍵詞：底面具有波紋結(jié)構(gòu)的微通道設(shè)計(jì)與強(qiáng)化傳熱性能研究

  更多相關(guān)文章： 波紋結(jié)構(gòu) 微通道熱沉 壓降測試 傳熱性能 波動性

【摘要】：電子科技產(chǎn)品功能需求的日益多樣化和微電子加工技術(shù)的快速發(fā)展,使電子器件的性能越來越高但尺寸越來越小,因此造成了芯片高性能、高穩(wěn)定性的要求與高熱流密度散熱問題之間的矛盾。為此,本文基于微通道強(qiáng)化傳熱技術(shù),設(shè)計(jì)制造了一種底部具有波紋結(jié)構(gòu)的微通道(以下簡稱為底部波紋結(jié)構(gòu)微通道)熱沉,并通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)測試相結(jié)合對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形貌表征、壓降測試和受迫對流傳熱研究,重點(diǎn)探究了波紋結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓降和傳熱性能的影響,主要工作如下:(1)設(shè)計(jì)了一種底部具有波紋結(jié)構(gòu)的微通道熱沉,對各參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并采用數(shù)控微銑削加工出具有不同波幅和波距的底部波紋結(jié)構(gòu)微通道熱沉,對樣品微通道底部進(jìn)行了結(jié)構(gòu)掃描和形貌表征。(2)利用ANSYS-Fluent對底部波紋結(jié)構(gòu)微通道進(jìn)行了低流速(0.22~1.19m/s)和低雷諾數(shù)(150~820)條件下的受迫對流壓降和流體流態(tài)模擬,搭建實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行了對流壓降實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)在微通道中引入波紋結(jié)構(gòu)底部影響了規(guī)則的層流邊界層,并在受迫對流中較平底微通道有效減小對流壓降最高達(dá)40%,且波紋結(jié)構(gòu)波距對壓降的影響較大,波幅的影響較小。(3)設(shè)計(jì)并搭建了受迫對流傳熱測試平臺,并在不同入口溫度(30℃、60℃和90℃)和低質(zhì)量流量條件下,對樣品進(jìn)行了對流傳熱溫度和壓力研究,對流動形態(tài)、單相傳熱系數(shù)及其壁溫升溫曲線、兩相傳熱系數(shù)及其壁溫升溫曲線進(jìn)行了分析。研究了波紋結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳熱性能的影響,為波紋微通道的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。通過對比平底微通道的傳熱性能,發(fā)現(xiàn)波紋結(jié)構(gòu)底部在單相傳熱和兩相傳熱中皆能有效強(qiáng)化傳熱性能,降低壁面溫度最高達(dá)15℃,并增大極限熱流密度。(4)對底部波紋結(jié)構(gòu)微通道熱沉在兩相流動中的出入口溫度及壓力的波動進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)較平底微通道,底部波紋結(jié)構(gòu)引起了大幅度和長周期的溫度壓力波動。分析了有效輸入功率、波紋結(jié)構(gòu)參數(shù)和入口溫度對周期性波動的影響,結(jié)合傳熱測試,研究了波動性對波紋結(jié)構(gòu)微通道在兩相傳熱中傳熱性能的影響。對比發(fā)現(xiàn),波紋結(jié)構(gòu)波幅越大,入口溫度越高,底部波紋結(jié)構(gòu)微通道所造成的大幅度周期性溫度壓力波動的范圍越小,周期越短,且這種波動性在波紋微通道中更有利于強(qiáng)化傳熱。
【關(guān)鍵詞】：波紋結(jié)構(gòu) 微通道熱沉 壓降測試 傳熱性能 波動性
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN405
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符號表及物理量名稱11-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 微通道加工方法及相關(guān)研究14-16
• 1.3 表面結(jié)構(gòu)通道傳熱性能的研究進(jìn)展16-26
• 1.3.1 多孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱16-18
• 1.3.2 粗糙度對傳熱性能的影響18-19
• 1.3.3 凹坑結(jié)構(gòu)對傳熱性能的影響19-21
• 1.3.4 波紋結(jié)構(gòu)對傳熱性能的影響21-26
• 1.4 本文研究內(nèi)容26-28
• 1.4.1 課題來源26
• 1.4.2 研究目標(biāo)26
• 1.4.3 研究內(nèi)容26-28
• 第二章 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道的設(shè)計(jì)制造與形貌表征28-37
• 2.1 引言28
• 2.2 微通道的設(shè)計(jì)28-29
• 2.3 微通道的加工制造29-31
• 2.4 微通道表面結(jié)構(gòu)與形貌表征31-36
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器32
• 2.4.2 微銑削樣品表面結(jié)構(gòu)與形貌分析32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 微通道受迫對流壓降有限元分析與實(shí)驗(yàn)研究37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道流態(tài)模擬37-43
• 3.2.1 有限元模擬建模37-39
• 3.2.2 流速對流態(tài)的影響39-40
• 3.2.3 波幅對流態(tài)的影響40-42
• 3.2.4 波距對流態(tài)的影響42-43
• 3.3 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道壓降測試裝置及方法43-46
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與樣品43-45
• 3.3.2 數(shù)據(jù)處理方法45
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)測試的誤差分析45-46
• 3.4 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道壓降測試46-49
• 3.4.1 波幅對壓降的影響46-48
• 3.4.2 波距對壓降的影響48
• 3.4.3 測試結(jié)果與模擬結(jié)果比較48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第四章 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道強(qiáng)化傳熱性能研究51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 測試裝置及樣品51-55
• 4.2.1 測試系統(tǒng)及步驟51-54
• 4.2.2 測試樣品54-55
• 4.3 測試數(shù)據(jù)處理方法55-58
• 4.4 微通道受迫對流汽泡行為研究58-62
• 4.5 底部波紋結(jié)構(gòu)微通道傳熱性能研究62-68
• 4.5.1 壁溫升溫曲線62-66
• 4.5.2 單相傳熱特性66-67
• 4.5.3 兩相傳熱特性67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-69
• 第五章 兩相換熱中的波動性研究69-78
• 5.1 引言69
• 5.2 有效輸入功率對波動性的影響69-73
• 5.3 底部波紋結(jié)構(gòu)參數(shù)對波動性的影響73-75
• 5.3.1 波幅對波動性的影響73-74
• 5.3.2 波距對波動性的影響74-75
• 5.4 入口溫度對波動性的影響75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果86-88
• 致謝88-89
• 附件89

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