本文關(guān)鍵詞：相變微膠囊懸浮液在微矩形通道中的流動換熱性能模擬分析　出處：《西南科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 相變微膠囊懸浮液 等效比熱模型 顆粒軌道模型 數(shù)值模擬

【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,特別是在微電子技術(shù)方面,隨著系統(tǒng)的微型化,單位面積晶體管數(shù)量不斷增加,運算速度不斷提升,每單位面積上產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)增加,熱流密度不斷升高,從而導(dǎo)致這些設(shè)備發(fā)生故障,甚至是失效。因此需要高效散熱,本文提出采用相變微膠囊懸浮液作為冷卻工質(zhì),利用其大比熱容、流動性好等優(yōu)點,并對其在微矩形通道內(nèi)的換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。首先提出階梯形狀等效比熱模型,建立微矩形通道的三維模型,并比較不同階梯數(shù)量下得到的吸熱量與實驗所得的真實吸熱量及壁面溫度差與實驗所得的壁面溫度差的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)階梯形狀比熱容模型階梯數(shù)量存在最優(yōu)值;對于質(zhì)量濃度為5%的相變微膠囊懸浮液,其3階梯比熱容模型與實驗值最接近,為最優(yōu)的階梯型等效比熱模型;對于質(zhì)量濃度為10%的相變微膠囊懸浮液,在小質(zhì)量流量的情況下,3個階梯時與實驗值接近,但是隨著質(zhì)量流量增加,由于質(zhì)量流量增加,部分相變微膠囊未發(fā)生相變,導(dǎo)致和實驗數(shù)據(jù)存在偏差。之后為了對比不同形狀的等效比熱模型的優(yōu)缺點,對比階梯型、矩形、等腰三角形、等腰梯形等模型,發(fā)現(xiàn)對于質(zhì)量濃度為5%相變微膠囊懸浮液,等腰梯形總是表現(xiàn)出了最好的冷卻性能,其次是等腰三角形、矩形和階梯型,其中階梯型等效比熱模型的結(jié)果總是和實驗結(jié)果最接近。最后考慮相變微膠囊顆粒的運動,利用顆粒軌道模型對二維微矩形通道內(nèi)層流流動進(jìn)行模擬,并基于等效比熱模型進(jìn)行計算,對比不同壁面加熱熱流密度和入口速度下的五種工況可以發(fā)現(xiàn):含有相變微膠囊顆粒的懸浮液都比單質(zhì)水的冷卻效果要好一些,其中質(zhì)量濃度為10%的相變微膠囊懸浮液比5%的冷卻效果還要好;隨著相變微膠囊質(zhì)量濃度的增加,模擬相變?nèi)诨瘏^(qū)長度不斷增加,表現(xiàn)了更好的冷卻效果;在等效比熱模型中考慮相變微膠囊顆粒壁材熱阻,發(fā)現(xiàn)換熱強度略慢于相變微膠囊顆粒本身。
[Abstract]:With the development of modern science and technology, especially in the field of microelectronics, with the miniaturization of the system, the number of transistors per unit area is increasing and the computing speed is increasing. The heat generated per unit area also increases accordingly, the heat flux density increases unceasingly, thus causes these equipment to have the breakdown, even is invalid, therefore needs the high efficiency heat dissipation. In this paper, phase change microcapsule suspensions are used as coolant, which has the advantages of large specific heat capacity and good fluidity. The numerical simulation of the heat transfer characteristics in the micro-rectangular channel is carried out. Firstly, the equivalent specific heat model of the stepped shape is proposed, and the three-dimensional model of the micro-rectangular channel is established. The relationship between the heat absorption and the real heat absorption and the wall temperature difference obtained from the experiment is compared, and it is found that there is an optimum number of the steps in the specific heat capacity model of the ladder shape. For the phase change microcapsule suspensions with mass concentration of 5%, the three-step specific heat capacity model is the best step equivalent specific heat model, which is the closest to the experimental value. For the phase change microcapsule suspensions with mass concentration of 10%, under the condition of small mass flow rate, the three steps are close to the experimental values, but with the increase of mass flow rate, the mass flow rate increases. In order to compare the advantages and disadvantages of the equivalent specific heat model with different shapes, the ladder model, rectangle model, isosceles triangle model, isosceles trapezoid model and so on were compared. It was found that the isosceles trapezoid always showed the best cooling performance for the 5% phase change microcapsule suspension, followed by isosceles triangle, rectangle and ladder. The results of the stepped equivalent specific heat model are always the closest to the experimental results. Finally, considering the movement of phase change microcapsules, the laminar flow in two-dimensional microrectangular channels is simulated by the particle orbit model. Based on the equivalent specific heat model, compared with the five conditions of different wall heating heat flux and inlet velocity, it can be found that the suspension containing phase change microcapsule particles is better than the cooling effect of simple water. The cooling effect of phase change microcapsule suspension with mass concentration of 10% is better than that of 5%. With the increase of the mass concentration of phase change microcapsules, the length of phase change melting zone increases continuously, which shows better cooling effect. In the equivalent specific heat model, the heat transfer strength of phase change microcapsules is slightly slower than that of phase change microcapsules.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124

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本文編號：1418808