本文關(guān)鍵詞：三角形截面微通道中流體的流動和換熱特性的理論研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：近些年來,隨著科學和技術(shù)朝著微型化、集成化和智能化方向邁進,微電子系統(tǒng)(MEMS)迅速發(fā)展,各種微電子產(chǎn)品不斷朝著體積小、重量輕、集成化方向發(fā)展,導致電子產(chǎn)品散熱問題越來越突出,電子產(chǎn)品上的溫度及其溫度分布對其性能的影響很大,傳統(tǒng)的散熱方式及冷卻器已經(jīng)遠遠不能滿足電子設(shè)備中芯片的散熱需求：微通道作為一種新型的熱控制技術(shù)在機械、國防、醫(yī)學和生物工程、航空航天、化學分析等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用,并且微通道換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、質(zhì)量輕、運行安全可靠、傳熱溫差小等常規(guī)傳統(tǒng)設(shè)備不具備的優(yōu)越性,使得對微通道散熱器的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展,并提出微通道內(nèi)流動與傳熱過程的諸多課題,考慮生產(chǎn)加工以及清洗的方便,目前使用的微通道的截面主要以圓形和矩形居多,由于某些空間的局限性,在一些情況下不得不使用三角形或者其他形狀的微通道。在本文中,以理想的、定物性、不可壓縮流體為工作介質(zhì),在穩(wěn)態(tài)層流流動下,研究等腰三角形微通道內(nèi)充分發(fā)展段的對流和換熱。首先,基于傳統(tǒng)的流體在管道中流動的流體力學和傳熱學基礎(chǔ),選取等腰三角形管道中的微元體進行動量守恒及能量守恒分析,得到其動量方程及能量方程,并根據(jù)具體的邊界條件解得不同頂角等腰三角形微通道內(nèi)充分發(fā)展區(qū)中的速度分布和溫度分布的解析表達式,進而得到對微通道內(nèi)充分發(fā)展區(qū)中流體流動和散熱性能具有代表性系數(shù)(努賽爾數(shù)和泊肅葉數(shù))的表達式,并通過數(shù)值模擬驗證結(jié)果的正確性。其次,通過之前推導得到的結(jié)果,對特定約束條件下的等腰三角形微通道散熱器以得到較小壓降和熱阻為目標,微通道的尺寸結(jié)構(gòu)變量作為設(shè)計變量,使用多目標遺傳算法中的NSGA-Ⅱ(非支配排序多目標優(yōu)化遺傳算法)程序算法進行優(yōu)化。最后,使用有限元軟件對優(yōu)化后的微通道內(nèi)流體的流動和傳熱進行數(shù)值模擬,并對其散熱性能進行分析。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

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