本文關(guān)鍵詞：微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)前,各種電子產(chǎn)品均朝著體積小、重量輕方向發(fā)展,電子產(chǎn)品的性能受溫度和溫度分布的影響很大,傳統(tǒng)冷卻器的設(shè)計(jì)極限與制作技術(shù)已無法合乎要求。在目前高熱通量電子產(chǎn)品冷卻器中,微通道熱沉已經(jīng)被證實(shí)是傳熱性能最佳且最具應(yīng)用潛力的冷卻方式之一,它的卓越表現(xiàn)在于其傳熱面積大、熱擴(kuò)散距離短的特點(diǎn)。 本文根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)的知識(shí),結(jié)合微尺度傳熱理論,分析了Navier-Stokes 方程和導(dǎo)熱方程對(duì)微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱描述的有效性,說明了RNG k-ε湍流模型可用于微通道熱沉內(nèi)流體湍流流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬。 本文采用水、甲醇、乙醇、R113 四種冷卻介質(zhì),模擬了不同結(jié)構(gòu)尺寸的微通道內(nèi)的流場和溫度場,分析了流體在微通道各部分的壓力損失、微通道內(nèi)表面各部分對(duì)對(duì)流傳熱的貢獻(xiàn)。針對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器用熱沉,在控制Re=2500、表面溫升27℃、泵功3.6W 三種工況下,對(duì)微通道熱沉的不同進(jìn)出口寬度、微通道寬度和深度、翅片厚度、底板厚度進(jìn)行了大量的模擬計(jì)算,分析了這些因素對(duì)熱沉性能的影響程度,探討了進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素,以及改進(jìn)熱沉性能的有效途徑。 對(duì)于不同應(yīng)用的微通道熱沉,有不同的空間尺寸和熱負(fù)荷要求,本文針對(duì)微通道熱沉內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了優(yōu)化算法,編制了優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件在給定泵功或給定表面溫升時(shí),以最大表面溫差為約束條件,計(jì)算出最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸和操作參數(shù)。該軟件采用復(fù)形調(diào)優(yōu)算法,通過圖形用戶界面設(shè)置物性數(shù)據(jù)、邊界條件、網(wǎng)格劃分方法、流場和溫度場解算方法,允許對(duì)任意U 型通道、矩形截面的熱沉進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并用3D 圖形繪制熱沉表面的溫度分布。 另外,本文還模擬計(jì)算了傳統(tǒng)型微通道熱沉和性能優(yōu)越的微射流陣列熱沉。通過對(duì)受邊界影響強(qiáng)烈的單列和二列微射流陣列熱沉內(nèi)流體流線的分析,發(fā)現(xiàn)了其獨(dú)特的流動(dòng)與傳熱特點(diǎn)。最后根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果,分析比較了傳統(tǒng)型微通道熱沉、歧管型微通道熱沉、微射流陣列熱沉的性能。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 RNG k-ε湍流模型 復(fù)形調(diào)優(yōu)法 微通道熱沉
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 主要符號(hào)表9-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 選題的背景和意義10-11
• 1.1.1 在電子設(shè)備上的應(yīng)用10
• 1.1.2 在大功率半導(dǎo)體激光器上的應(yīng)用10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 微通道熱沉的發(fā)展簡史12
• 1.2.2 傳統(tǒng)型微通道熱沉(TMC)模型12-13
• 1.2.3 岐管微通道(MMC)模型13
• 1.2.4 微射流陣列冷卻熱沉13-14
• 1.2.5 微通道熱沉的相變換熱14
• 1.2.6 國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)14-15
• 1.2.7 微通道熱沉的制作15
• 1.3 研究方法15
• 1.4 研究內(nèi)容15-17
• 第2章 理論模型與計(jì)算方法17-29
• 2.1 微尺度傳熱理論17-18
• 2.2 理論計(jì)算模型18-21
• 2.2.1 流動(dòng)與傳熱的控制方程18
• 2.2.2 湍流模型18-21
• 2.3 求解方法21-26
• 2.3.1 壁面處理21-23
• 2.3.2 邊界條件23-24
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分24-26
• 2.3.4 數(shù)值算法26
• 2.3.5 收斂判據(jù)26
• 2.4 物理模型和計(jì)算模型26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 第3章 流動(dòng)與傳熱分析29-44
• 3.1 微通道內(nèi)流體流動(dòng)分析30-33
• 3.2 微通道內(nèi)傳熱分析33-36
• 3.3 結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)微通道內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的影響36-43
• 3.3.1 進(jìn)出口寬度對(duì)熱沉性能的影響36-41
• 3.3.2 翅片厚度和通道深度對(duì)熱沉性能的影響41
• 3.3.3 微通道寬度和長度對(duì)熱沉性能的影響41-42
• 3.3.4 微通道底板厚度對(duì)熱沉性能的影響42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 優(yōu)化設(shè)計(jì)44-54
• 4.1 優(yōu)化算法45-46
• 4.2 懲罰函數(shù)46-48
• 4.3 優(yōu)化程序設(shè)計(jì)48-53
• 4.3.1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)48
• 4.3.2 多線程48-49
• 4.3.3 流程圖49-50
• 4.3.4 圖形界面50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 微通道(TMC、MMC)與微射流陣列冷卻熱沉54-64
• 5.1 傳統(tǒng)型微通道熱沉(TMC)54-55
• 5.2 微射流陣列冷卻熱沉55-62
• 5.2.1 微射流陣列冷卻熱沉模型56
• 5.2.2 微射流陣列冷卻熱沉的壓降計(jì)算56-57
• 5.2.3 計(jì)算結(jié)果及分析57-62
• 5.3 微通道(TMC、MMC)與微射流陣列冷卻熱沉的綜合性能62
• 5.4 計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較62
• 5.5 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文68-69
• 致謝69

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本文編號(hào)：382274