發(fā)布時(shí)間：2020-04-17 17:16

【摘要】：隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,電子芯片的功率和集成度日益增長(zhǎng),微型元件系統(tǒng)內(nèi)的熱流密度非常大。傳統(tǒng)的冷卻方式已經(jīng)不能滿足高熱流密度電子器件的散熱需求,為使電子器件的工作溫度保持在允許范圍內(nèi),設(shè)計(jì)新型高效的冷卻散熱裝置成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。分形樹(shù)狀微通道是受仿生原理啟發(fā)而研制的一種新型熱沉結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)的傳熱傳質(zhì)能力。將其應(yīng)用于電子芯片的冷卻與傳統(tǒng)平行微通道熱沉相比,具有壓降小、熱阻小、溫度分布相對(duì)均勻的優(yōu)點(diǎn);而新型的換熱工質(zhì)納米流體在一定條件下具有較高的導(dǎo)熱系數(shù);將納米流體與分形微通道相結(jié)合為解決高熱流密度芯片的冷卻問(wèn)題提供了一個(gè)良好途徑。為研究納米流體在分形微通道中的流動(dòng)與換熱特性,設(shè)計(jì)并加工了初始通道長(zhǎng)為7.11mm,水力直徑為360μm的分形微通道熱沉;在雷諾數(shù)為80~700范圍內(nèi),分別以Ti O_2、Al_2O_3納米流體和去離子水為冷卻工質(zhì)在分形微通道熱沉中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。并從努塞爾數(shù)、壓降、熱阻、摩擦阻力系數(shù)以及強(qiáng)化傳熱因子等方面研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%~0.15%時(shí)TiO_2、Al_2O_3納米流體在分形樹(shù)狀微通道中的流動(dòng)與對(duì)流換熱特性。研究結(jié)果表明:分形微通道熱沉的底面溫度分布均勻,具有較好的均溫性;納米流體在分形微通道熱沉中能有效降低底面溫度,提高其均溫性,相比去離子水底面溫度降低了3~5.4℃;分形微通道中Al_2O_3-水納米流體的努塞爾數(shù)為去離子水的1.32~1.67倍,TiO_2-水納米流體的努塞爾數(shù)為去離子水的1.56~1.99倍,質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高可以強(qiáng)化納米流體的對(duì)流換熱效果,但同時(shí)也增大了納米流體的流動(dòng)阻力,導(dǎo)致納米流體壓降的增大;另外,納米流體在分形微通道中的系統(tǒng)熱阻均小于去離子水。TiO_2與Al_2O_3兩種納米流體在分形微通道中的強(qiáng)化傳熱因子均大于1,兩者的強(qiáng)化換熱效果顯著;強(qiáng)化傳熱因子隨著雷諾數(shù)和濃度的增大而增大;隨著粒子濃度的增加,強(qiáng)化換熱因子增幅明顯。納米流體在分形微通道熱沉的研究結(jié)果對(duì)于設(shè)計(jì)新型高效散熱器具有重要的意義。
【圖文】：

圖 1-1 平行微通道熱沉結(jié)構(gòu)示意圖ar[8]實(shí)驗(yàn)研究了水在寬度 0.231 mm，深度 0.713 mm特性；并假定流體為不可壓縮流體且在微通道內(nèi)換模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓降和溫度與模擬結(jié)果吻熱特性具有影響，微通道底面溫度沿流體流動(dòng)方向呈對(duì)去離子水在矩形微通道單相流動(dòng)的傳熱特性進(jìn)行三30 W·cm-2，并采用銅基微通道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表?yè)Q熱系數(shù)隨熱流密度的增加而增大，另外還提出單相值研究工質(zhì)在微通道內(nèi)流動(dòng)傳熱特性，并分析壁面的流擾動(dòng)可以大幅增強(qiáng)微通道內(nèi)流體的對(duì)流換熱能力。[11]對(duì)矩形、橢圓形和等腰三角形截面微通道熱沉進(jìn)行水力直徑對(duì)壓降和峰值溫度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)矩形和而等腰三角形微通道的性能相對(duì)較弱。計(jì)了銅基內(nèi)凹形微通道熱沉用以解決大功率 LED 陣

自然界中有許多分形物體，，如曲折連綿的海岸線、漂浮的云朵、樹(shù)的葉脈、人的血管等，這些屬于無(wú)規(guī)分形。而 Koch 曲線、Sierpinski 三角形、Julia 集等由嚴(yán)格自相似法則所構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型稱為規(guī)則分形（如圖 1-2 所示）。
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：2631100