【摘 要】
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随着科学技术的高速发展,电子器件朝着微型化、高度集成化的方向迈进,由此带来的电子器件的高温破坏问题亟待解决。微通道热沉相比常规换热器,以换热能力高、体积小的优点,从而满足了电子器件的散热需要。本文以周期性复杂结构微通道为研究对象,去离子水作为冷却介质,采用CFD数值模拟技术分析复杂结构微通道在层流条件下的流动传热特性,并分析复杂结构的形状对微通道换热的影响规律,并将其与微通道热沉相结合,以验证该种
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随着科学技术的高速发展,电子器件朝着微型化、高度集成化的方向迈进,由此带来的电子器件的高温破坏问题亟待解决。微通道热沉相比常规换热器,以换热能力高、体积小的优点,从而满足了电子器件的散热需要。本文以周期性复杂结构微通道为研究对象,去离子水作为冷却介质,采用CFD数值模拟技术分析复杂结构微通道在层流条件下的流动传热特性,并分析复杂结构的形状对微通道换热的影响规律,并将其与微通道热沉相结合,以验证该种结构的强化换热效果。数值模拟结果如下所示:（1）在单一结构参数条件下,随着凹槽长宽比的增大,Tave在凹槽长宽比θc=0.4时取得最小值,Nu在θc=0.4取得最大值,f逐渐减小,PEC在凹槽长宽比θc=0.4时取得最大值,传热协同角在θc=0.4时取得最小值,压降协同角逐渐减小,（火积）耗散值Evh在θc=0.4时取得最小值。随着凹槽高度比的增大,Tave逐渐降低,Nu数逐渐增大,f逐渐减小,PEC逐渐增大,传热协同角逐渐减小,压降协同角逐渐减小,（火积）耗散值呈现震荡并最终达到最低。随着肋片长宽比的增大,Tave逐渐降低,Nu数逐渐增大,f逐渐增大,PEC呈现出先增大后减小的趋势,在肋片长宽比θ1=1.0时取得最大值,传热协同角逐渐减小,压降协同角逐渐增大,（火积）耗散值逐渐减小。（2）在复合结构参数条件下,随着槽肋距离的增大,Tave先增大后减小,Nu数先减小后增大,f先减小后增大,PEC先增大后减小,在槽肋距离S=0.00μm时取得最大值,表明此时强化换热效果最好,传热协同角逐渐增大,压降协同角在S=0.15μm时取得最小值,（火积）耗散值在S=-0.15μm时取得最小值。随着周期数的增大,Tave逐渐降低,Nu数逐渐增大,f逐渐增大,PEC在周期数R=20时取得最大值,传热协同角逐渐减小,压降协同角逐渐增大,（火积）耗散值逐渐减小。随着复杂微通道中拓扑结构的变化,模拟得出梯形凹槽具有最佳的强化换热效果,菱形针肋具有最佳的强化换热效果,此时传热协同角取得最小值,（火积）耗散值取得最小值,表明当复杂结构为梯形凹槽-菱形肋片时微通道的强化换热能力最优。（3）在复杂结构与微通道热沉结合条件下,在微通道热沉中添加复杂结构可以降低热源平均温度,提高微通道热沉的传热能力,进一步提升速度场和温度场的协同效果,但会产生更多的阻力损失,降低速度场和压降梯度的协同效果。
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