發(fā)布時(shí)間：2020-05-08 06:51

【摘要】：微通道的流動(dòng)沸騰換熱可實(shí)現(xiàn)小空間、大熱量的轉(zhuǎn)移,可應(yīng)用于芯片冷卻等微尺度換熱領(lǐng)域。波形微通道通過改變通道結(jié)構(gòu),有望實(shí)現(xiàn)微通道流動(dòng)沸騰換熱狀況的改善。本文設(shè)計(jì)了九組波形微通道和一組平直通道,基于CFD軟件的VOF模型,補(bǔ)充用戶自定義函數(shù),合理構(gòu)建出微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱的理論模型。運(yùn)用適合的數(shù)值計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)流動(dòng)沸騰換熱過程的數(shù)值模擬。主要研究波形結(jié)構(gòu)參數(shù)(波幅、波距)對(duì)微通道流動(dòng)沸騰的汽泡形態(tài)、汽液兩相流流型、流動(dòng)沸騰的穩(wěn)定性和沸騰換熱效果等的作用規(guī)律,并與平直微通道對(duì)比,主要工作和結(jié)論如下:(1)對(duì)比波形微通道和平直微通道中速度場和流線圖,發(fā)現(xiàn)波形微通道中存在二次環(huán)流。比較波形微通道和平直微通道中的汽泡形態(tài),發(fā)現(xiàn)波形微通道中,由于二次環(huán)流的存在,成核的汽泡更易脫離,通道中汽泡的體積更小、數(shù)量更多,使波形微通道能夠維持核態(tài)沸騰。(2)平直微通道中的主要流型為:受限泡狀流、彈狀流、拉伸汽泡流、環(huán)狀流;波形微通道中的主要流型為:孤立泡狀流、彈狀流、拉伸汽泡流、環(huán)狀流。但是,波形微通道中的汽塞較短,不易堵塞微通道。環(huán)狀流階段,汽泡與加熱壁面仍有液膜存在,有利于流動(dòng)沸騰的可靠換熱。(3)比較波形微通道和平直通道中的流動(dòng)沸騰的穩(wěn)定性的差異。在T_(in)=368K,v_(in)=0.4 m·s~(-1),q_w=250 kW·m~(-2)工況下,t=20 ms~30 ms時(shí)間段內(nèi),波形微通道中溫度、進(jìn)出口壓降波動(dòng)的幅度小,頻率低,流動(dòng)沸騰相對(duì)穩(wěn)定。而平直通道中,相同的條件下對(duì)應(yīng)的溫度、壓降波動(dòng)幅度大,頻率高,且壁面溫度不斷上升,出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象,不利于流動(dòng)沸騰的穩(wěn)定。對(duì)比發(fā)現(xiàn),增大波幅或減小波距都有利于波形微通道流動(dòng)沸騰的穩(wěn)定。(4)波形結(jié)構(gòu)有利于提高微通道流動(dòng)沸騰的可靠性,但是波幅和波距均應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi)。當(dāng)波距縮小到一定程度時(shí),一味增加波幅反而會(huì)使微通道傳熱惡化。(5)同平直微通道相比,波形微通道的流動(dòng)阻力和沸騰換熱系數(shù)均較高,且都隨著雷諾數(shù)Re的增大而增大。波幅、波距對(duì)波形微通道流動(dòng)沸騰換熱效果均有影響,增大波幅(或減小波距),沸騰換熱系數(shù)和流動(dòng)阻力都增大。波幅對(duì)沸騰系數(shù)的影響較大,波距對(duì)流動(dòng)阻力的影響較為突出。相同波距下,波幅增大4倍,流動(dòng)阻力、沸騰換熱系數(shù)分別增加24%、26.5%,相同波幅下,波距減小4倍,流動(dòng)阻力、沸騰換熱系數(shù)分別增加40%、16%。(6)選取綜合評(píng)價(jià)因子評(píng)判十組微通道的綜合換熱性能,可以得出,#4波形微通道(A=40μm、λ=0.5 mm)的綜合換熱性能較好。
【圖文】：

也已達(dá)到微米級(jí)別。例如，英特爾公司的代號(hào)為 Sandy Bridge以在 261 mm2的芯片上集成接近 109 個(gè)晶體管，服務(wù)器微處理功耗將超過 130W。這意味著滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，芯片上的熱流密W m-2 [2]。電子設(shè)備要維持正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其工作溫度必須控內(nèi)，而且電子元器件對(duì)溫度十分敏感，器件溫度超過其安全工作 ℃，可靠性就會(huì)下降 5％[3]。傳統(tǒng)的散熱方式——普通的空冷卻，需要的散熱設(shè)備體積較大，單位空間的熱流密度較低，很效果。，電子器件的散熱方式的選擇不僅要考慮散熱能力，還要綜合結(jié)構(gòu)尺寸、工作環(huán)境及其他特殊要求。因此，盡管近幾年微通式已經(jīng)在市場上得到了應(yīng)用，但是，微通道的單相流冷卻易造，造成較大的熱應(yīng)力。如何在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高熱流密度的卻系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，是亟待解決的問題。

圖 1.2 幾種散熱方法體積功率密度的對(duì)比.1、1.2 中給出幾種電子散熱方法的傳熱系數(shù)和體積功率密度（熱從圖中可以觀察到，相變冷卻的傳熱系數(shù)和體積功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)。相比于單相對(duì)流換熱，，帶有相變的“液冷”方式利用液體汽熱巨大這一特點(diǎn)，逐漸被人們所利用。流動(dòng)沸騰換熱是一種比的液冷方式，很多行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都涉及到流動(dòng)沸騰換熱工況將其應(yīng)用擴(kuò)展到微尺度散熱的領(lǐng)域中。道的流動(dòng)沸騰換熱冷卻基于相變原理，充分利用微尺度效應(yīng)和大量熱量的特點(diǎn)，在相同的熱負(fù)荷下，所需的質(zhì)量流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小從而降低設(shè)備所需的驅(qū)動(dòng)功，解決大多冷卻設(shè)備功耗過高的問動(dòng)沸騰換熱可以降低傳熱熱阻，使溫度分布更加均勻，減小換提高換熱設(shè)備的可靠性。因此微通道流動(dòng)沸騰冷卻技術(shù)是解決的一種非常有效的途徑，越來越受到人們的青睞[4,5]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN40;TK124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃梅;楊震;王補(bǔ)宣;;蛇形管內(nèi)汽液泡狀流與傳熱的數(shù)值模擬[J];化工學(xué)報(bào);2011年12期

2 郭雷;張樹生;陳雅群;程林;;豎直狹縫通道內(nèi)水沸騰換熱的氣泡動(dòng)力學(xué)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2010年11期

3 陰繼翔;郭瑞;呂萍;楊剛;郝桂芳;;波紋通道形狀對(duì)流動(dòng)與換熱影響的數(shù)值研究[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

4 唐慧敏;吳慧英;吳信宇;;鋸齒形硅基微通道內(nèi)流動(dòng)與換熱特性實(shí)驗(yàn)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2010年06期

5 劉恩光;吳慧英;唐慧敏;;微型硅基內(nèi)肋管內(nèi)的流動(dòng)與換熱特性[J];化工學(xué)報(bào);2009年08期

6 孫中寧;曹夏昕;呂襄波;;窄隙自然循環(huán)過冷沸騰流道中的溫度分布特性[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

7 陰繼翔,李國君,豐鎮(zhèn)平;波紋通道板間距對(duì)通道內(nèi)流動(dòng)與換熱影響的數(shù)值研究[J];熱科學(xué)與技術(shù);2005年02期

8 甘云華,徐進(jìn)良;新型結(jié)構(gòu)硅基微通道中層流換熱的實(shí)驗(yàn)研究[J];中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào);2005年02期

9 陰繼翔,李國君,豐鎮(zhèn)平;交錯(cuò)波紋板原表面換熱器通道內(nèi)對(duì)流換熱的數(shù)值研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

10 陰繼翔,李國君,豐鎮(zhèn)平;不同相位差正弦型波紋通道內(nèi)流動(dòng)與換熱特性的數(shù)值研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2004年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 郭雷;微細(xì)通道流動(dòng)沸騰換熱機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 朱靜;V型凹槽微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱CHF的數(shù)值模擬[D];江蘇大學(xué);2017年

2 楊海濱;分離式熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數(shù)值模擬研究[D];山東大學(xué);2017年

3 張弛;硅基正弦波紋微通道內(nèi)流動(dòng)與強(qiáng)化換熱特性研究[D];上海交通大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2654297