作者简介科技自媒体优质创作者个人主页莱歌数字-CSDN博客公众号莱歌数字B站同名个人微信yanshanYH211、985硕士从业16年从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域。熟练运用Flotherm、FloEFD、XT、Icepak、Fluent等ANSYS、西门子系列CAE软件解决问题与验证方案设计十多年技术培训经验。专题课程Flotherm电阻膜自冷散热设计90分钟实操Flotherm通信电源风冷仿真教程实操基于FloTHERM电池热仿真瞬态分析基于Flotherm的逆变器风冷热设计零基础到精通实操站在高处重新理解散热。更多资讯请关注B站/公众号【莱歌数字】有视频教程~~本期给大家带来的是关于微通道流量与传热的相关性研究内容希望对大家有帮助。关于微通道散热器之前也写过几篇相关的文章感兴趣的可点击下方链接进行阅读。图片来源Co-designingelectronics with microfluidicsfor more sustainable cooling在冷却高热通量的应用中最有前途的想法之一是将微通道散热器集成到芯片硅片中在冷板等热传输装置中构建微通道。微通道装置对高热通量冷却的有效性在于其增加了传热系数。在许多实际情况下微通道内的小流量情况下产生层流这导致传热系数与水力直径成反比。换句话说散热器的通道越窄传热系数就越高。图片来源Co-designingelectronics with microfluidicsfor more sustainable cooling使用微通道作为一种可行的冷却解决方案是在1981年由塔克曼和皮斯首次提出的他们设计并测试了一个完整的通过在硅基板上蚀刻50µm宽300µm深的水冷散热槽实现了790 W/cm²的热流量。另一专项研究关于微通道中氮气流动的摩擦因子和传热过程。通道在硅和玻璃基板中蚀刻宽度在130-300µm宽30-60µm深。研究发现微通道的摩擦因子随Re雷诺数的变化显著高于传统通道归因于小通道中的相对粗糙度更大另外还观察到从层流到湍流的过渡在Re约为400时过早地发生了。玻璃通道的摩擦系数和传热相关性如表1所示。表1. 微通道方案摩擦因子与努塞尔特数关系另一项类似的在层流和湍流区域中研究内径为3-81µm的微管中氮气流动的壁面粗糙度、摩擦系数和传热特性。主要的偏差出现在湍流区域其摩擦系数比传统计算结果的预测值低了10-30%。相关研究结论摩擦因子和努塞尔特数相关性如表2所示表2.微管的摩擦因子和努塞尔特数相关性在表2所示的第一个相关性中D为微管的内径υ和Ca分别为流体的运动粘度和声速。1994年Peng等人实验研究了水通过矩形不锈钢微通道的强制对流测量结果显示摩擦因子偏离了常规通道的相关性预测的值。流体流动受水力直径和通道长径比的影响最大。该流量在雷诺数为200~700的范围内发生了转变临界雷诺数随通道水力直径的增加而增大。在一项后续研究中努塞尔特数的以下相关性在上述相关性中Wc为微通道的中心中心距离H为微通道高度Z为微通道宽度与高度的较小值与较大值的比值即尽管微通道器件的使用似乎很有前途但在高热通量的应用中它们需要大量的能量来推动流体通过通道。一种解决方案是在微通道中使用对流沸腾传热和两相流。使用沸腾传热可以提高微通道的效率在两个方面1)它减少了推动液体通过通道所需的泵功率2)相变时沸腾冷却剂从微通道散热器的表面吸收能量大大增加了传热系数。沸腾传热及微型通道领域的早期工程研究试验使用2.54mm和0.51mm的圆形通道并用R113作为冷却剂。得到高达200 W/cm²的临界热通量。临界热通量的单一相关性是根据两个通道的实验结果发现的。这种关联在方程式1中显示:在上述方程中G、hfg和我们分别为质量速度、蒸发潜热和韦伯数。韦伯数是一个用于分析两种不同流体之间的流动的无量纲值。这里韦伯数是惯性力与表面张力的比值可以表示为其中s是流体表面张力最近的一项研究中研究水力直径为57-267µm的微通道中的流体流动和传热。以甲醇为工作流体的实验结果表明其流动是层流的。正如在类似研究中看到的那样向湍流区域的早期过渡并没有发生。然而摩擦系数偏离了传统通道的相关性预测的结果。实验中的摩擦系数比理论值高出40%。根据本研究结果得出的摩擦系数与压降的相关性见表4。表4.摩擦系数和压降相关性在表4中的方程中gc、L、ρf和Vf分别为单位变化因子1.0 kgm/Ns²、总通道长度和流体的密度和速度。在压降方程中入口压力损失系数K为1.0出口为0.5。研究传热实验表明散热器微通道中的强制对流具有良好的冷却性能特别是在相变状态。图5显示了许多芯片配置的通道壁温度与热流的关系。图5 通道壁温度与不同芯片下的通热量关系图由上图可以看出通道壁面温度随着热通量的增加而增大。第二个区域是相变区在这里表面温度开始下降。当通道壁温度达到相变的临界点时转变就开始了。流体迅速吸收通道上积累的能量以进行剧烈的核沸腾。沸腾后壁面温度大大降低。经过调研发现市面上对微通道进行了许多理论和实验研究。然而由于进出口效应、热源和流动边界条件、表面粗糙度的差异和通道尺寸的不均匀性等因素导致结果有很大的差异。。参考文献高性能热沉研究通道中气体流动的摩擦因子测量微管中的流体流动和传热水通过微通道流动的摩擦流动特性、微通道流体流动与传热的实验研究