高密度组装微通道对流换热实验研究

论文摘要

本文基于微流体和微传热学的机理,针对具有滑流边界和温度跳变效应的微缝隙通道对流换热方程,得到不同于宏观传热学的速度场和温度场的解析解,并得到努塞尔数和温度跳变长度新的表达式。提出考虑轴向热传导影响的新的对流换热实验关联式,通过对实验数据处理并与经典实验关联式相比较,结果表明两实验关联式求得的努塞尔数相差不大,说明两者用于微通道对流换热实验不会造成显著误差。设计了高密度组装微通道实验装置并进行换热实验,实验结果表明,利用微传热实验关联式处理的实验数据得到的努塞尔数小于宏观经典理论值,但在微传热学理论意义上,引入滑移长度可以表征壁面形貌特征,可使得实验得到的努塞尔数与微传热理论得到的努塞尔数基本相同,因此对微通道设计只能依据微传热学理论,而宏观经典理论不能用于微通道设计。实验研究表明:高密度组装微通道换热器具有尺寸小、换热能力强的优点,本文所给出的微传热理论正确合理,适用于电子芯片的高密度组装设计及其网络换热器的工程设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高密度组装热控制技术需求背景
• 1.2 热控制技术研究现状
• 1.2.1 风冷
• 1.2.2 射流冲击沸腾换热
• 1.2.3 喷雾冷却
• 1.2.4 微通道冷却技术
• 1.3 本文研究意义及主要工作
• 1.3.1 本文研究意义
• 1.3.2 本文的主要工作
• 第二章 微尺度传热学理论基础
• 2.1 微热传导分析
• 2.1.1 温度场求解边界条件
• 2.1.2 微热传导研究概况
• 2.2 微对流换热分析
• 2.2.1 连续性方程和能量微分方程
• 2.2.2 相似特征数
• 2.2.3 边界层
• 2.2.4 温度跳变边界条件
• 2.2.5 速度滑移边界条件
• 2.3 本章小结
• 第三章 微缝隙通道换热特性分析
• 3.1 微缝隙压差流动分析
• 3.2 微缝隙能量方程的分离变量解
• 3.2.1 恒定壁温及温度跳变定解条件
• 3.2.2 努塞尔数计算
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 实验关联式及实验装置结构设计
• 4.1 对流换热实验关联式
• 4.1.1 经典圆管流动对流换热实验关联式
• 4.1.2 考虑轴向热传导的微圆管道对流换热实验关联式
• 4.1.3 经典缝隙流动对流换热实验关联式
• 4.1.4 考虑轴向热传导的微缝隙对流换热实验关联式
• 4.2 实验装置组成及工作原理
• 4.2.1 实验装置组成
• 4.2.2 系统工作原理
• 4.2.3 系统特点
• 4.3 实验装置结构及工作原理
• 4.3.1 模拟热源
• 4.3.2 微通道换热器
• 4.3.3 模拟箱体
• 4.3.4 连接与测试口
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验方法及结论
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验方法和步骤
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 实验步骤
• 5.2.3 实验注意事项
• 5.3 测试结果分析
• 5.3.1 利用实验关联式分析处理数据
• 5.3.2 水流速度对微通道换热性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果
• 附录A 实验装置实物照片
• 附录B 部分零件加工简图
• 附录C 实验测试数据