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随着微电子系统快速发展,电子器件趋向于大功率、高集成化,其在高热流下的散热成为一个难题。微通道散热器具有结构紧凑及换热效率高的特点,是解决电子器件散热的可靠技术。本文基于有限体积法,在恒热流及液体层流流动下,通过数值模拟对矩形单微通道底部凹槽进行结构优选、正交试验优化,并综合分析了最优凹槽矩形微通道换热器整体的流动与换热特性。研究过程及结论如下:(1)在矩形单微通道底部设置了V形凹槽、V形倒圆凹槽、矩形凹槽及矩形倒圆凹槽等4种不同的凹槽结构,通过数值模拟对其进行流动与换热特性对比分析。研究表明,在水力直径为0.375mm,雷诺数为110~230范围内:凹槽的设置降低了微通道的表面最高温度,可有效的增大换热面积,增强流体的扰动效果,从而强化微通道局部换热。在4种凹槽结构中,V形凹槽矩形单微通道的表面最高温度最低,传热因子及强化传热因子PEC值最大,综合性能最优;与常规微通道相比,其传热因子增大了26.85~42.76%,摩擦因子降低12.96~22.45%。(2)以表面最高温度为试验指标,设计6因素5水平正交试验来优化V形凹槽结构矩形单微通道。研究表明,V形凹槽矩形单微通道的优组合为:微槽深度为0.2mm、微槽宽为1.2mm、基底厚度为1mm、微槽角度为30°、微槽数量为18个、通道高度为0.8mm。在入口速度为0.3~0.6m/s范围内,与优化前V形凹槽矩形单微通道模型相比,优化后其表面最高温度降低了28.0641℃,且优化后微通道模型的摩擦因子最小,传热因子最大,强化传热因子PEC的值提高了0.56~1.08倍,综合性能最好。(3)建立了具有6、12及18个通道的V型槽矩形微通道换热器的三维模型,并对相应命名为MCHD6,MCHD12及MCHD18的换热器进行了流动与换热特性数值分析,利用PEC综合分析其热稳定性。研究表明,通道数量对微通道换热器的性能有重要影响,在雷诺数为224~746范围内:MCHD6摩擦因子是MCHD18的3.5~3.7倍,是MCHD12的2.268~2.4倍;MCHD12的底部凹槽强化传热比MCHD6、MCHD18明显,且MCHD12表面最高温度较小,传热温差最大,强化传热因子PEC的值比较稳定,流道分布更均匀。