本文關鍵詞：微流道熱沉流動換熱特性及熱應力分析

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【摘要】：本文以電子器件冷卻為背景,對高熱流密度芯片微流道熱沉冷卻進行了數(shù)值研究。對不同類型及結構的微流道熱沉的流動與換熱特性、綜合換熱性能以及冷卻能力進行了數(shù)值分析;在此基礎上對微流道熱沉進行熱應力分析。本文針對傳統(tǒng)平直微流道熱沉、矩形柱鰭微流道熱沉、射流微流道熱沉及雙層平直微流道熱沉的換熱性能優(yōu)缺點進行分析對比,得出在入口聯(lián)箱添加金屬泡沫有助于提高流道內(nèi)換熱場協(xié)同性及矩形柱鰭微流道熱沉結構綜合換熱性能最好的結論。提出了平直通道開槽設置對流動換熱性能的影響;針對矩形柱鰭微流道熱沉,探尋了柱鰭分布密度、當量直徑和旋轉角度對流動換熱的影響。對矩形柱鰭微流道熱沉模型進行熱-應力耦合分析研究,探究肋端間隙高度對流動換熱特性的影響,獲得下階梯型柱鰭微流道熱沉最優(yōu)換熱結構。通過對比四種典型微流道熱沉模型發(fā)現(xiàn),在入口聯(lián)箱添加金屬泡沫可以有效起到平衡流量分布、提高熱沉換熱能效的作用;與傳統(tǒng)平直微流道相比,等泵功下矩形柱鰭微通道的綜合換熱能效更高。通過對平直開槽微流道熱沉數(shù)值研究發(fā)現(xiàn),在平直微流道結構進行開槽設置可以強化換熱;此外開槽方式是影響傳熱效果的主要因素,增大矩形開槽寬度和梯形開槽底角可以達到強化換熱的效果。在對矩形柱鰭微流道熱沉的研究發(fā)現(xiàn),柱鰭幾何特性對微流道流動傳熱有重要影響:柱鰭分布孔隙率約為0.75時,微流道熱沉換熱性能最好;減小柱鰭當量直徑可以增強熱沉的冷卻能力和換熱性能;矩形柱鰭針肋旋轉至約30°時換熱強度及能效達到最佳效果。在對傳統(tǒng)矩形柱鰭微流道熱沉進行熱應力分析時發(fā)現(xiàn),頂部蓋板的中心及外圍邊緣區(qū)域聚集了較大的熱應力;等肋端間隙柱鰭結構可以減小其頂部蓋板的熱應力及應變,但同時也降低了熱沉的冷卻能力;而階梯型矩形柱鰭微流道熱沉不僅可以改善熱沉頂部蓋板的熱應力分布,同時也可以兼顧獲得較為理想的流動換熱特性及芯片冷卻能力;綜合對比發(fā)現(xiàn),下階梯矩形柱鰭微流道熱沉不僅換熱能效高,且在熱應力耦合分析中頂端蓋板熱應力-應變場最小。
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

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本文編號：1285401