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6.3翅片式微通道的傳熱計算

日期:2022-01-11 01:29:36點擊:180

6.3翅片式微通道的傳熱計算
63.1分析條件和結構說明
本節所討論的微通道是指由翅片組成的寬度在1 mm左右的微小通道。翅片微通道 散熱器的結構如圖6. 3. 1所示。構成微通道的翅片與吸熱基板加工在一起,翅片的存在 可顯著地增強微通道的傳熱效果。由于微通道的流通截面很小,因而通道內的換熱系數 很高,可使散熱量大幅提高。在以水為傳熱介質的情況下,微通道基板的熱流密度可高達 50 ~ 100 W/cm2,基板吸熱表面的溫度差可小于1℃,特別適用于要求高熱流密度和高等 溫性的元器件的散熱。 
6.3. 1矩形微通道
微通道散熱器一般由硅或銅材料制成,基板的厚度一般為2 mm.翅片的厚度約 1 mm,翅片高度,即微通道的高度,可適當高一些,可取5 - 10 mmo由于通道的寬度很 小,與電子元件相接觸的基板表面要求有極高的平整性,因而,要用特殊的工藝加工制造。
此外,為了保證介質在通道內的流動速度和進出口溫度•要采用相關的附屬設備加以保證 和控制。
由翅片組成的微通道,由于其優異的傳熱特性而廣泛應用于電子器件的冷卻散熱中 其典型的結構形式是由翅片所組成的二維矩形通道,如圖6.3.1所示。圖中,矩形翅片的 厚度為t,高度為H,每個通道的寬度相等,寬度為W,介質在通道內的流動長度為L.
每個通道的流通截面為HW假定上部的通道蓋板與翅片上表面是連接在一起的, 也具有散熱功能,每個通道中的換熱周界的長度為
,則每個微通道的當量直徑為

為了進行微通道的傳熱討■算,在結合實際應用的基礎上,提岀下列計算條件:
(1 )假定微通道內的流動和傳熱不受“微尺寸效應”的影響.可以按宏觀理論和實驗 公式計算通道內的換熱和阻力。根據相關文獻的介紹,對于液體的單相流動,只有當通道 的當量直徑
時,才考慮微尺寸效應。目前應用中選用的通道尺寸 往往大于這一數值。
(2) 不考慮微通道的“入口段效應”。
按管內對流換熱理論,在入口段的換熱系數高于人口段后面的有穩定流態的換熱系數. 不考慮入口段的影響,使計算的換熱系數數值偏低,因而使微通道的性能評價偏于安全:
(3) 不考慮表面粗糙度對流動和傳熱的影響:
(4) 不考慮通道內毛細力的影響,因通道內的強制對流遠遠大于毛細力的影響
(5) 微通道中流體的流動和換熱可以應用一般的相應關聯式進行計算
(6) 為討論方便,選取4種型號的微通道斷面尺寸作為計算依據,見表6. 3. I
6.3.1微通道尺寸及當量直徑

型號 通道寬度
W/mm
通道高度
H/mm
通道截面積
HxW///mm2
當量直徑
/ mm
1 1 1 1 1
2 1 3 3 1.5
3 1 6 6 1.714
4 1 10 10 1.818
 
 
(7) 通道基板面積等于被冷卻元件的散熱面積,周圍絕熱,熱流方向垂直于基板 表面。
在上述計算條件下,重點討論介質為水的紊流微通道的傳熱計算和層流微通道的傳 熱計算,此外,也給出了以空氣為介質的微通道的傳熱特性。

上一篇:6 2.6結論和討論

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