论文部分内容阅读
随着半导体电子器件发展的越来越迅速,高热流密度设备的散热问题也日益突出。均热板作为一个高效的散热技术,因其工作时无需外界能源,没有运动的机械部件,也没有噪声,设计极为简单,又非常有效,所传输的热量要比任何实心的金属导体高几百倍。同时由于均热板内部多变的结构,影响其传热性能的因素众多,且内部相变传热机理十分复杂,随着均热板朝着超薄化,小型化的趋势发展,这些待研究的问题变得越来越重要。本文设计了一种均热板,其内部吸液芯结构是由自然界中叶脉结构作为蓝本开发而成。首先探讨了均热板散热技术的研究背景,并从均热板结构设计、数值模拟和性能研究来探讨了国内外研究进展。利用Hagen-Poiseuille方程和分形几何的基本理论初步分析了其仿生叶脉结构。利用FLUENT仿真软件叶脉分形结构吸液芯进行流动状态模拟,得到流体在其槽道内部的速度云图和压力云图。最后探讨了样品加工工艺问题,并通过实验得到了不同分形级数、不同分形角度和不同充液率的均热板在不同加热功率下的温度分布规律。并将应用了叶脉分形结构的均热板和没有应用叶脉分形结构的均热板传热性能进行对比分析。主要的结论如下:(1)通过理论计算得到流阻最优时结构参数所要满足的条件是长度比与宽度比相等并且都为(1/2)-1/3出分形角度的条件使得整个叶脉分形结构单位是对称结构;(2)通过速度分布云图可以得出分形角度为90°时槽道内流动状态是最差的。由压力分布云图可知随着分形级数的增大,分形角度为30°和60°时的最大压力增大的速度要大于分形角度为90°时,同时分形角度为90°的低压区所占整个叶脉分形结构的面积比例最高;(3)在制作样品与实验部分,通过比较不同加工工艺,发现激光加工是最适合的加工手段。而在实验中可得当分形角度为60°时均热板的热阻在0.2K/W左右,并且其均温性也较好,且能承受的最大输入功率也最大为90W。在同样叶脉分形结构均热板的条件下,充液率为53.40%时的热阻所表现出来的传热性能最好。对比应用了叶脉分形结构的均热板,没有使用叶脉分形结构的均热板热阻为0.7K/W,传热性能最差,而且均温性能也最差。