电子元器件相变热控的数值传热研究

论文摘要

电子元件的热控一直是制约电子业发展的主要瓶颈之一,因而成为国内外研究的热点。相变温控因具有结构紧凑、性能可靠、经济节能等优点而逐渐成为电子热控新的研究热点。本文主要对相变热控系统的相变传热过程进行了数值模拟研究。国内外对相变传热的实验研究很多,数值研究较少,且研究中大都忽略了一些关键的因素,如在数值计算中,忽略液相的自然对流、忽略相变材料随温度的膨胀和收缩等因素,这些条件的忽略造成了与实验值很大误差。本文研究中考虑了相变过程的实际情况,如膨胀收缩、密度随温度变化、自然对流等影响因素,希望能对电子元件相变热控装置的开发和设计研究工作提供一定的参考依据。本文研究内容主要有以下几点:1)建立了相变热控系统的物理数学模型,并对模型进行了简化和验证。2)验证了计算模型和计算方法的正确性;检验了网格划分对计算的影响。3)通过计算分别分析了翅片对热控系统的影响,自然对流对系统相变过程的影响,周边环境温度对系统相变过程的影响,相变材料物性对系统相变过程的影响。4)研究了热控系统结构对相变过程的影响,这其中包括翅片高度、翅片间距、翅片厚度以及相变材料填充量等影响因素,并在此基础上进行了量纲分析,得到了相变过程随系统结构变化的基本规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 电子热控种类及研究进展
• 1.2.1 自然冷却技术
• 1.2.2 强迫空气冷却技术
• 1.2.3 液体冷却技术
• 1.2.4 热管冷却技术
• 1.2.5 热电制冷技术
• 1.3 相变温控技术研究进展
• 1.3.1 相变冷却原理
• 1.3.2 相变冷却的应用研究进展
• 1.3.3 相变冷却数值研究进展
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 相变传热理论及相变数值计算方法
• 2.1 相变材料的分类及应用现状
• 2.2 相变传热的特点及相变传热的数学模型
• 2.2.1 相变传热的特点
• 2.2.2 相变传热的数学模型
• 2.3 自然对流对相变传热的影响
• 2.4 相变传热问题的求解方法
• 2.5 相变传热问题的数值求解方法
• 2.6 FLUENT模拟相变问题的基本理论
• 2.6.1 Fluent简介
• 2.6.2 Solidification/Melting模型
• 2.7 本章小结
• 第3章 相变温控装置的数值模拟
• 3.1 数学物理模型的建立
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 数学模型及计算方法
• 3.2 模型算法的验证及网格划分的选取
• 3.2.1 模型及算法验证
• 3.2.2 网格划分对模拟结果的影响及其选择
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 翅片对相变过程的影响
• 3.3.2 自然对流对相变过程的影响
• 3.3.3 温差对相变过程的影响
• 3.3.4 材料物性对融化过程的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 热控结构的参数化研究
• 4.1 翅片高度对系统的影响
• 4.2 翅片间距对系统的影响
• 4.3 翅片厚度对系统的影响
• 4.4 相交材料填充量对系统的影响
• 4.5 无因次及量纲分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结及展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 附录 攻读硕士期间发表文章
• 参考文献
• 致谢