翅片式微通道的传热计算Issuing time:2023-06-19 16:09 翅片式微通道的传热计算 63.1分析条件和结构说明 本节所讨论的微通道是指由翅片组成的宽度在1 mm左右的微小通道。翅片微通道 散热器的结构如图6. 3. 1所示。构成微通道的翅片与吸热基板加工在一起,翅片的存在 可显著地增强微通道的传热效果。由于微通道的流通截面很小,因而通道内的换热系数 很高,可使散热量大幅提高。在以水为传热介质的情况下,微通道基板的热流密度可高达 50 ~ 100 W/cm2,基板吸热表面的温度差可小于1℃,特别适用于要求高热流密度和高等 温性的元器件的散热。 图6.3. 1矩形微通道 微通道散热器一般由硅或铜材料制成,基板的厚度一般为2 mm.翅片的厚度约 1 mm,翅片高度,即微通道的高度,可适当高一些,可取5 - 10 mmo由于通道的宽度很 小,与电子元件相接触的基板表面要求有极高的平整性,因而,要用特殊的工艺加工制造。 此外,为了保证介质在通道内的流动速度和进出口温度•要采用相关的附属设备加以保证 和控制。 由翅片组成的微通道,由于其优异的传热特性而广泛应用于电子器件的冷却散热中 其典型的结构形式是由翅片所组成的二维矩形通道,如图6.3.1所示。图中,矩形翅片的 厚度为t,高度为H,每个通道的宽度相等,宽度为W,介质在通道内的流动长度为L. 每个通道的流通截面为HW假定上部的通道盖板与翅片上表面是连接在一起的, 也具有散热功能,每个通道中的换热周界的长度为,则每个微通道的当量直径为 为了进行微通道的传热讨■算,在结合实际应用的基础上,提岀下列计算条件: (1 )假定微通道内的流动和传热不受“微尺寸效应”的影响.可以按宏观理论和实验 公式计算通道内的换热和阻力。根据相关文献的介绍,对于液体的单相流动,只有当通道 的当量直径时,才考虑微尺寸效应。目前应用中选用的通道尺寸 往往大于这一数值。 (2) 不考虑微通道的“入口段效应”。 按管内对流换热理论,在入口段的换热系数高于人口段后面的有稳定流态的换热系数. 不考虑入口段的影响,使计算的换热系数数值偏低,因而使微通道的性能评价偏于安全: (3) 不考虑表面粗糙度对流动和传热的影响: (4) 不考虑通道内毛细力的影响,因通道内的强制对流远远大于毛细力的影响 (5) 微通道中流体的流动和换热可以应用一般的相应关联式进行计算 (6) 为讨论方便,选取4种型号的微通道断面尺寸作为计算依据,见表6. 3. I 表6.3.1微通道尺寸及当量直径 型号通道宽度 W/mm通道高度 H/mm通道截面积 HxW///mm2当量直径 / mm 11111 21331.5 31661.714 4110101.818
(7) 通道基板面积等于被冷却元件的散热面积,周围绝热,热流方向垂直于基板 表面。 在上述计算条件下,重点讨论介质为水的紊流微通道的传热计算和层流微通道的传 热计算,此外,也给出了以空气为介质的微通道的传热特性。 |