發(fā)布時間：2017-12-28 02:10

  本文關(guān)鍵詞：截斷型雙層微通道熱沉設(shè)計與優(yōu)化　出處：《華北電力大學(北京)》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：雙層微通道熱沉具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積散熱效率高、對冷卻劑要求低和操作成本低等突出優(yōu)點,自提出以來便受到研究者廣泛關(guān)注。隨后,廣大研究者分別利用理論、實驗和數(shù)值模擬的方法研究雙層熱沉冷卻性能。雖然經(jīng)過了十幾年的發(fā)展,但是,在傳統(tǒng)雙層熱沉中,仍存在著上層冷卻劑加熱下層冷卻劑的加熱效應,該加熱效應會顯著抑制雙層熱沉冷卻性能的進一步提升。為此,本文提出了截斷型雙層熱沉設(shè)計,并利用多參數(shù)優(yōu)化方法對截斷型雙層熱沉進行優(yōu)化。首先,采用單參數(shù)研究方法分析了通道數(shù)、通道寬度、底層通道高度和底層冷卻劑入口流速對傳統(tǒng)雙層熱沉性能的影響。研究表明,影響雙層熱沉的多個參數(shù)之間存在著強烈的耦合關(guān)系,因此,單參數(shù)優(yōu)化無法獲取最佳雙層熱沉性能,需開展多參數(shù)最佳化。隨后,在單參數(shù)研究的基礎(chǔ)上,本文以通道數(shù)、通道寬度、底層通道高度和底層冷卻劑入口流速為優(yōu)化變量,在總泵功不變的約束下開展傳統(tǒng)雙層熱沉的多參數(shù)優(yōu)化,對比了兩個不同的單目標優(yōu)化(一個以底壁面最大溫差為目標函數(shù),一個以熱阻為目標函數(shù))中雙層熱沉最佳幾何結(jié)構(gòu)的差異,并提出了多目標優(yōu)化方法以同時降低熱阻和底壁面最大溫差。結(jié)果顯示,即便通過多參數(shù)優(yōu)化,傳統(tǒng)雙層熱沉中仍存在上層冷卻劑加熱下層冷卻劑的加熱效應。因此,為減弱該加熱效應,本文提出了截斷型雙層熱沉設(shè)計。研究結(jié)果表明,截斷型雙層熱沉中存在最佳截斷位置,最佳截斷位置存在于兩層冷卻劑溫度相等的地方并取決于上層冷卻劑加熱效應和冷卻效應的權(quán)衡。隨后,本文研究了底通道長度、通道數(shù)、通道對肋條寬度比和總泵功對截斷型雙層熱沉性能的影響。研究表明,當傳統(tǒng)雙層熱沉具有較長的底通道,較大的通道數(shù),較小的通道對肋條寬度比和較小的總泵功時,采用截斷頂通道的設(shè)計可顯著提高雙層熱沉冷卻性能。最后,為進一步提高截斷型雙層熱沉的冷卻性能,尋找最佳截斷位置,本文以通道數(shù)、通道寬度、通道高度和通道截斷長度為優(yōu)化變量,分別以總泵功不變和總流量不變?yōu)榧s束條件,以熱阻為目標函數(shù),從三組差異較大的初始設(shè)計出發(fā)來實施截斷型雙層熱沉的多參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明,總泵功為0.05 W時,最佳熱阻為0.102 K/W。與三組初始設(shè)計相比分別降低了60.3%,49.3%和56.2%；總流量為200ml/min時,最佳熱阻為0.093 K/W。與三組初始設(shè)計相比分別降低了31.1%,32.6%和36.3%。
[Abstract]:The double-layer microchannel heat sink has many advantages, such as compact structure, high volume heat dissipation per unit volume, low requirement for coolant and low operation cost. Subsequently, the researchers used theoretical, experimental and numerical simulation methods to study the cooling performance of the double layer heat sink. Though more than ten years' development, the heating effect of the upper coolant heating lower layer coolant still exists in the traditional double-layer heat sink. The heating effect will significantly inhibit the further improvement of the cooling performance of the double-layer heat sink. In this paper, a truncated double layer heat sink is designed and the multi parameter optimization method is used to optimize the truncated double layer heat sink. First, the influence of channel number, channel width, bottom channel height and bottom coolant inlet velocity on the performance of traditional double-layer heat sink is analyzed by single parameter method. The research shows that there is a strong coupling relationship between multiple parameters that affect the double-layer heat sink. Therefore, single parameter optimization can not get the best double-layer heat sink performance, and multi parameter optimization is needed. Then, based on single parameter research, based on the channel number, channel width, channel bottom height and bottom coolant entrance velocity as optimization variables, multi parameter optimization of traditional double heat sink to carry out at the same total pump power constraints, comparing two different single objective optimization (one of the largest in the bottom the wall temperature difference as the objective function, a thermal resistance as the objective function) in the double heat sink difference of optimal geometric structure, and puts forward a multi-objective optimization method to reduce the thermal resistance and the bottom wall of the maximum temperature difference. The results show that, even through multi parameter optimization, the heating effect of the lower coolant heating in the upper layer of the upper layer coolant still exists in the traditional double layer heat sink. Therefore, in order to reduce the heating effect, a truncated double layer heat sink design is proposed in this paper. The results show that there is an optimal truncation location in the truncated double-layer heat sink. The optimal cut-off location is located at the same temperature as the two layers of coolant, and depends on the trade-off between the heating effect and cooling effect of the upper layer coolant. Then, this paper studies the effect of bottom channel length, channel number, channel of rib width ratio and the total pump power of truncated double heat sink performance. Research shows that when the traditional heat sink bottom channel has a longer, larger channel count, smaller channel total pump on the rib width ratio and low power, the design of the top truncation can significantly improve the double channel heat sink cooling performance. Finally, in order to further improve the cooling performance of the truncated double heat sink, to find the best cut-off position, taking the number of channels, channel width, channel height and channel truncation length as optimization variables, respectively with the total pump power and total flow rate unchanged unchanged as constraint conditions, the thermal resistance of an objective function of the implementation of multi parameter optimization truncated double heat sink from the initial design of large differences between the three groups. The results show that the optimum thermal resistance is 0.102 K/W when the total pump work is 0.05 W. Compared with the initial design of the three groups, it is 60.3%, 49.3% and 56.2% respectively. When the total flow rate is 200ml/min, the optimum thermal resistance is 0.093 K/W. Compared with the initial design of the three groups, the reduction was 31.1%, 32.6% and 36.3% respectively.
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124;TN402

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本文編號：1344135