FLUENT高性能微通道散热器的模拟研究(2)
4.1.2 进出口温度分布曲线 27
4.1.3 沿程顶端线、侧边线、底端线温度分布 27
4.1.4 沿程顶端线、侧边线、底端线对流传热系数分布 28
5 结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
工业技术日新月异，各类电子器件都赶着微尺寸、高精度，我们研究的高性能微通道散热器也属于此类。但是与此同时，具有微通道散热器的一些芯片、半导体等电子器件都拥有高热流密度，散热功能必须得不断提升来满足我们产品的需求[1]。现在电子器件的集成度自1959年来每年要以40%~50%极速递增[2]。80年代中期，每个芯片上就有1000000个元件，如此庞大的密度还是在30年前的，所以现代产品的散热需求可想而知。要想在毫米甚至微米数量级的器件上把如此高的热量驱散，传统的冷却技术已经毫无意义，而且过高的温度会很大程度上影响我们产品在工作过程中的稳定性，增加出错率，同时模块内部和模块所处的外部环境所形成的热应力会直接影响到芯片的性能、工作频率、机械强度和可靠性。
本篇论文对圆形微通道散热器内的流动传热过程建立数学模型，并通过FLUENT 软件对微通道散热器的传热特性进行数值模拟，深入研究圆形微通道内径、热流密度等参数对流体出口温度的影响。为微通道散热器的实际应用具有重要的理论指导价值和意义。我们首先大致的了解下微通道散热器这个重要部件。
1.1 微通道散热器的背景及其意义
微通道散热器，也被称作微通道，就是通道当量直径在10~1000μm的散热器[3]，这种散热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板，将散热器流道分割成数个流程。
微通道散热器按外形尺寸可分为微型微通道和大尺度微通道。
微型微通道散热器是为了满足电子工业发展的需要，设计的散热器越来越小。它的结构紧凑、轻巧、高效，其结构形式大致为2种：有平板错流式微型散热器和烧结网式多孔型散热器。
大尺度微通道散热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、热泵热水器等。尺寸较大，微通道水力学直径在0.6~1mm左右，其结构形式也有2种：平行流管式散热器和三文错流式散热器。
微通道散热器所用的材料很有不少，聚甲基丙烯酸甲脂、镍、不锈钢、陶瓷、铝合金、氮化硅、铜和硅等都有它们的特点。如果用镍材料的微通道，单位体积的传热性能比相应聚合体材料的散热器要高5倍多，单位质量的传热性能也高了50%；用铜作为材料，可精确控制翅片尺寸和平板厚度，达到几十微米级时，经过钎焊形成的平板错流式结构，传热系数可达到45MW/(m3•K)，是传统紧凑散热器的20倍；用硅、氮化硅（Si3N4）等耐高温材料可耻造出更加坚固且复杂的多层结构，通过各向异性的蚀刻过程来完成加工新型散热器，使用夹层和堆砌技术可制造出各种结构和尺寸，如通道为角锥结构的散热器等。
不过虽然材料耐高温能力很强，可是在大量热能量面前还只是九牛一毛。高温耐热不是解决办法，还需有效的冷却方法大大降低工作物质的热效应，使设备输出功率能保持对良好的状态。而目前散热方式主要有以下几种：风冷散热、热管冷却、热电冷却、喷射冷却、微通道冷却等。
1.2 国内外研究发展与现状
1.3 课题研究内容
本课题主要目的是了解圆形微通道内流体的传热及流动特性，学习应用流体计算软件FLUENT[11]。对微通道散热器内的流动传热过程建立数学模型，从不同通道尺寸、不同热流密度和不同雷诺数来进行仿真模拟。通过利用FLUENT 软件来对微通道散热器的传热特性进行数值模拟，最后得出结论。
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