翅形扰流片作用下的微通道流动与换热特性研究
随着微尺度系统的不断发展，电子芯片等领域对微尺度换热愈发重视，微通道换热作为微尺度领域一种有效的换热方式成为研究的热点。本文采用有限体积法，利用动网格技术对翅形扰流片作用下的微通道的热流场进行模拟研究并进行分析得到相关结论。 首先，建立翅形扰流片作用下的微通道模型，使用ANSYSMeshing软件进行网格划分，利用Fluent仿真软件进行网格无关性验证、模型验证并对所研究的周期性运动的翅形扰流片作用下的微通道进行数值模拟，对扰流片不同运动频率下的微通道的流场及温度场进行详细分析，研究发现不同工况下微通道的Nu，摩阻系数fr以及综合评价因子PEC随流动时间成周期性变化，其周期与扰流片运动周期相同。随着扰流片运动频率的增加，综合评价因子PEC也随之增加，在Re=50，f=50Hz的工况下，相对于光滑微通道PEC提高了30％，说明翅形扰流片对微通道的综合换热性能有着积极效果。 其次研究了翅形扰流片的长度、数量、旋转中心位置对微通道流动换热的影响，采用单因素控制的方法来依次进行模拟分析。对于不同长度的扰流片的研究发现，随着扰流片长度的增加微通道整体的换热性能也逐渐增加，换热效率逐渐提高。随着翅形扰流片的数量的增加微通道的Nu成增加趋势，但摩阻系数fr变化相反呈现逐渐减小趋势，综合考虑扰流片数量带来的换热效果与阻力大小，确定了微通道内最优的扰流片数量。在对扰流片的三种旋转中心位置的模拟研究中发现，翅形扰流片的旋转中心位置对微通道内的阻力影响较大，主要体现在摩阻系数fr的变化，在扰流片摆动角度达到最大值为60°时，此时微通道内流体的流通截面最小，fr同时也达到了最大值，并且随着旋转中心位置离起始点距离的增加，流场的扰动也逐渐增强。 最后对微通道的形状进行改变，选取换热效果较好的扰流片的数量、长度、旋转中心位置等参数，在此基础上对三角肋形微通道以及波纹形微通道的流动换热进行研究，分析其流场与温度场的变化并进行对比分析，研究发现相同工况下波纹形微通道的换热效果强于三角肋形微通道，但同时波纹形微通道的阻力更大，综合考虑流动与换热产生的影响，采用综合评价因子PEC作为标准，认为三角肋形微通道的综合性能更好。 本文利用动网格技术实现了对翅形扰流片作用下的微通道热流场的数值模拟，并得出微通道内部的流场及温度场的变化规律，为后续的扰流微通道的研究具有参考及指导意义。
芯片散热;微通道;换热特性;翅形扰流片;热流场
哈尔滨理工大学
硕士
热能工程
陈巨辉
2023
中文
TN405.94
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）