【摘要】：由于信息技術的飛速發(fā)展,近年來現(xiàn)代電子設備的發(fā)展趨勢逐漸朝著智能化、集成化和小型化的方向發(fā)展,導致了電子芯片較大的能量消耗和熱流密度。因此,在各種應用中的散熱,如電子芯片等,已經(jīng)越來越激發(fā)了人們對電子熱管理的興趣。其中,保證電子芯片的溫度均勻性是確保其高效正常工作的重中之重,也是散熱設計的關鍵。目前,多冷卻通道可以有效地降低電子設備的溫度,且溫度均勻性得到了改善,但傳統(tǒng)的結構設計已不再能滿足芯片的高熱流要求。在此基礎上,本文結合熱設計基礎理論進行了結構的創(chuàng)新優(yōu)化設計,提出了一種基于多入口多出口效應的L型換熱器,并從穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩個層面對其進行了相關的流體流動與傳熱特性的研究分析,同時還進行了實驗的分析驗證。具體工作成果如下:首先,通過ANSYS Fluent 15.0仿真軟件對在層流狀態(tài)(Re=200~1600)下的L型換熱器進行了不同進出口情況時的流動換熱特性的數(shù)值研究,分別從速度、平均努塞爾數(shù)、壓降、均溫性以及總熱阻等方面進行了具體的分析。結果表明,類型1(長入短出),類型2(短入長出)和類型3(長短出入)從短軸流道開始到長軸流道結束,其中心線上的速度總體而言均呈現(xiàn)先減小后上升的趨勢。高溫熱點均分布于換熱器的四個角位置處,但底面的溫度梯度相對較小,其中類型3(長短出入)的底面溫度均勻性最好。類型2(短入長出)的平均努塞爾數(shù)最大,換熱效果最好,而壓降受不同進出口變化的影響不明顯。類型1和類型2的總熱阻沒有明顯差別,而類型3的總熱阻比上述兩種類型較高。其次,對本文提出的L型換熱器搭建了實驗平臺,并對其進行了實驗數(shù)據(jù)記錄以及分析,并與仿真結果進行對比驗證。結果顯示努塞爾數(shù)最大誤差為4.34%,壓降最大誤差為5.66%,表明實驗與仿真數(shù)據(jù)的吻合性很好。其中,經(jīng)不確定性分析可知,實驗中Re的最大不確定性為3.01%,Nu的最大不確定性為4.37%。最后,通過數(shù)值模擬的方法進一步對L型散熱器進行脈動流作用下強化傳熱的研究與分析,主要從不同脈動頻率f、振幅A_u和雷諾數(shù)Re三個影響參數(shù)對換熱器通道內(nèi)流體流動與換熱進行研討。結果表明:當Re=800,振幅A_u=0.5時,存在一個脈動臨界頻率(0.01Hz),當f0.01Hz時,相對于穩(wěn)態(tài),脈動流弱化了換熱效果,當f0.01Hz時,換熱增強;當雷諾數(shù)Re=800,頻率f=0.02Hz時,相比穩(wěn)態(tài),振幅A_u等于0.25時的強化換熱效果最佳;當頻率f=0.02Hz,振幅A_u=0.25時,雷諾數(shù)Re越大,努塞爾數(shù)Nu也相應增大,換熱效果不斷增強;最后又通過速度與溫度梯度以及壓力梯度三場之間的協(xié)同原理分析了不同頻率、振幅與場協(xié)同角之間的關系和影響,進一步闡述了強化換熱的機理。
【圖文】：

15HZ, 20HZ 時，在 5HZ 和 25HZ 脈動流作用下的多孔通道散熱器具有較高的熱耗散率。多孔型換熱器結構如圖 1.1 所示。圖1.1 多孔通道散熱器結構示意圖1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)高校與科研機構在電子芯片設備散熱理論與技術研究方面取得了突破性進展。殷際英[27]采用熱管理技術對一種熱管式芯片散熱器進行了傳熱機理與傳熱熱阻的定性定量分析，通過計算實例進一步說明了管式散熱器可以在較小流量下對大功率 CPU 芯片進行強化對流傳熱。楊冬梅和徐德好[28]采用實驗的方法對比研究了常規(guī)蛇形散熱冷板和微通道冷板的流動換熱性能，結果顯示流體速度對常規(guī)冷板的換熱影響不明顯，而通過結構變化的微通道冷板的換熱性能卻明顯優(yōu)于傳統(tǒng)冷板。李悅[29]基于多芯片組件的散熱提出了多種多熱源凹凸微流道的散熱通道結構，，通過微流道內(nèi)部各部分熱阻求出換熱器總體熱阻，并逆推出等效換熱系數(shù)，用 Icepack 分析驗證熱阻算法的誤差性，得出該算法在功率較低時誤差不超過 5%

求解設置
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN403

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本文編號：2687998