【摘要】：隨著社會的進步和計算機技術(shù)的發(fā)展,微電子技術(shù)在實際工程應用中越來越廣泛,設備的微小型化已成為重要的發(fā)展趨勢,其中微電子器件的冷卻問題成為阻礙其發(fā)展的主要制約因素,而微通道內(nèi)兩相沸騰傳熱則是解決高熱流密度微電子芯片冷卻問題極具潛力的選擇。本文首先介紹了國內(nèi)外微通道飽和沸騰傳熱系數(shù)的研究現(xiàn)狀和研究方法,主要從實驗和理論兩方面對微通道內(nèi)飽和沸騰傳熱系數(shù)進行了研究。本文主要從理論方面對定截面微通道內(nèi)飽和沸騰傳熱系數(shù)進行預測。主要工作內(nèi)容包括:(1)首先將應用于圓形截面的三區(qū)模型擴展應用于矩形截面和三角形截面微通道。由于在矩形截面和三角形截面微通道飽和沸騰傳熱過程中存在角區(qū),即局部干涸狀態(tài),因此在三區(qū)模型的基礎上增加局部干涸區(qū),并推導出適用于矩形截面和三角形截面微通道沸騰傳熱系數(shù)的四區(qū)模型(液塞區(qū)、拉長汽泡區(qū)、局部干涸區(qū)和完全干涸區(qū))。(2)以水為工質(zhì),利用三區(qū)模型和四區(qū)模型分別對矩形截面微通道內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)進行了擬合,得到一組經(jīng)驗參數(shù),并利用實驗數(shù)據(jù)對其進行修正,最后利用該參數(shù)對不同質(zhì)量流量及熱流密度工況下的沸騰傳熱系數(shù)進行預測,并將預測值與實驗數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果顯示三區(qū)模型和四區(qū)模型可以較好地預測出傳熱系數(shù)隨干度的變化趨勢,且分別有90.38%和91.83%的數(shù)據(jù)誤差在30%以內(nèi),平均誤差為13.74%、13.2%。(3)同理,以丙酮為工質(zhì),用三區(qū)模型和四區(qū)模型分別對三角形截面微通道內(nèi)不同質(zhì)量流量及熱流密度工況下的沸騰傳熱系數(shù)進行預測,并將預測值與實驗數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果顯示三區(qū)模型和四區(qū)模型可以較好地預測出傳熱系數(shù)隨干度的變化趨勢,且分別有90.04%和92.02%的數(shù)據(jù)誤差在30%以內(nèi),平均誤差為13.68%、12.54%。通過對比三區(qū)模型和四區(qū)模型對這兩種截面形狀微通道內(nèi)飽和沸騰傳熱系數(shù)的預測結(jié)果可知,由于矩形和三角形截面存在角形區(qū)域,在完全干涸前存在局部干涸狀態(tài),四區(qū)模型中局部干涸區(qū)的引入能體現(xiàn)飽和沸騰傳熱過程中的局部干涸狀態(tài)對傳熱系數(shù)的影響,為具有角形截面的微通道內(nèi)飽和沸騰傳熱系數(shù)的研究提供了一定的參考。
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN40
【圖文】：

微通道技術(shù)就已應用于高密度微電子芯熱問題中。近幾十年來，隨著電子計算機技術(shù)的高步。同時，社會各行業(yè)對微電子器件的要求也越來減小，已從毫米量級向微米以及亞微米量級過渡，管的數(shù)量以指數(shù)的速度遞增，該趨勢將會從上個世間[1]。因而，設備微小型化的發(fā)展趨勢已經(jīng)成為當迅速向著緊湊型與功能型為一體的趨勢發(fā)展，如微不斷出現(xiàn)，其伴隨著微電子芯片上的熱流密度的不熱流密度已逐漸突破 MW/m2的數(shù)量級[2]。Fang 和流冷卻技術(shù)已不能滿足微電子器件的高散熱要求，此針對微電子器件的冷卻問題，迫切需要具有更高術(shù)。目前高熱流密度電子器件的冷卻問題已成為維要制約問題[4]。

華北電力大學碩士學位論文第 2 章 微通道內(nèi)飽和沸騰傳熱系數(shù)的理論介區(qū)模型概述區(qū)模型是由 Thome[28]最早提出來應用于研究微通道沸騰傳熱機理的液塞區(qū)、拉長汽泡區(qū)和汽塞區(qū)三部分組成，其模型示意圖如圖 2-1 所為在微通道的某一橫截面位置處，其液塞、拉長泡狀流或汽塞隨時間。熱量主要通過以下三種傳熱方式進行傳遞的，包括液塞的對流換熱和汽塞的對流換熱，進而根據(jù)這三種傳熱模式在該截面所占據(jù)的時間部時均傳熱系數(shù)。

4444lamlamlamlamNuNudh h h （2-21）局部時均傳熱系數(shù) h (W/m2K)通過下式計算: hzthzthzthzvdryfilmfilmll （2-22）2.3 四區(qū)模型的理論介紹2.3.1 矩形截面微通道內(nèi)飽和流體沸騰傳熱系數(shù)的理論研究與圓形截面微通道的三區(qū)模型相比，矩形截面微通道內(nèi)不但存在液塞區(qū)、拉長汽泡區(qū)和完全干涸區(qū)三部分，而且還多了一個區(qū)：局部干涸區(qū)（partially dryout zone）。在該局部干涸區(qū)中，液體工質(zhì)主要分布在矩形通道的四個直角位置，形成弧形液塊，其余位置均為干涸區(qū)，如圖 2-2 所示。因此我們稱矩形微通道內(nèi)沸騰換熱模型為四區(qū)模型（具體包括液塞區(qū)、拉長汽泡區(qū)、局部干涸區(qū)和完全干涸區(qū)）。為了簡單起見，我們以四邊全部加熱（矩形截面的長為：2L，寬為：L）的矩形微通道為例推導四區(qū)模型。

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

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2 葛琪林;柳建華;張良;張慧晨;;R410A微通道內(nèi)沸騰換熱實驗研究[J];制冷學報;2015年04期

3 宗露香;徐進良;劉國華;;微通道內(nèi)流動沸騰不穩(wěn)定性影響因素實驗研究[J];高�；瘜W工程學報;2015年01期

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相關碩士學位論文 前1條

1 陳玉敏;漸擴截面結(jié)構(gòu)微尺度通道內(nèi)沸騰換熱實驗研究[D];南京理工大學;2017年

本文編號：2795948