微細(xì)通道中對(duì)流換熱的強(qiáng)化.pdf

1、電子元器件的小型化和高集成度使得其熱流密度不斷增加，散熱問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約著微電子器件的高速發(fā)展。本文采用微細(xì)通道熱沉作為散熱結(jié)構(gòu)方式，通過(guò)幾何結(jié)構(gòu)和流體的改變來(lái)獲得更好的流動(dòng)與換熱效果。
　　結(jié)構(gòu)上在熱沉通道中插置交錯(cuò)布置的菱形針肋，通過(guò)減小針肋的迎流角度和對(duì)垂直于熱沉入口流向的尖角切除兩種方式進(jìn)行流動(dòng)和換熱的優(yōu)化。建立三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬，流態(tài)從層流過(guò)渡到湍流，力求得到最優(yōu)的針肋結(jié)構(gòu)。模擬研究表明，針肋角度θ越大，擾動(dòng)越強(qiáng)烈，流

2、動(dòng)渦區(qū)越大，流動(dòng)邊界層分離越嚴(yán)重，因此換熱越好，但是進(jìn)出口壓差也越大，綜合熱-水力性能h/Δp隨著針肋角度的減小而增大；在不同針肋角度θ下，隨著邊角切除深度δ的增大，雖然換熱系數(shù)有所下降，但是進(jìn)出口壓差Δp大大減小，綜合熱-水力性能h/Δp提高。隨著δ的增大，熱沉加熱面的溫度分布更加均勻，出口處最高溫度也有所降低。δ>0.1mm時(shí)，進(jìn)出口壓差Δp減小不明顯，綜合熱-水力性能基本不變。
　　在改變流體方面，對(duì)比低熔點(diǎn)液態(tài)金屬鎵和水兩

3、種流體在簡(jiǎn)單的矩形通道中工作時(shí)的換熱效果，建立三維模型，通過(guò)層流數(shù)值模擬得出結(jié)論：Re越大，也即流速越大，鎵作為流體工質(zhì)換熱效果越優(yōu)于水；通過(guò)改變加熱面位置和尺寸時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)比水，液態(tài)金屬鎵作為流體工質(zhì)更適合功率更高、尺寸更小的芯片等需要換熱的設(shè)備，而且通道長(zhǎng)度越小，鎵作為流體時(shí)熱沉換熱效果更好，說(shuō)明鎵作為流體工質(zhì)時(shí)可以將熱沉尺寸做的更??；增加微通道寬度，以鎵作為流體工質(zhì)可以增強(qiáng)換熱，與水作為流體時(shí)的結(jié)論相反，說(shuō)明液態(tài)金屬鎵作為流體工質(zhì)散