文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
第十四届年会论文编号:
不同截面微小针肋流动阻力特性
焦琥1, 赵孝保1, 张承武2, 刘志刚2*国家自然科学基金项目(No. 201050976062);山东省自然科学基金项目(No. ZR2010EM056)
,南京 210042;,济南 250014
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摘要:以去离子水为工质,,,,,分别测量了圆形和椭圆形截面微小针肋热沉在不同Re下的进出口压差和流量,获得实验段的流动阻力系数,并分别与其经典关联式计算值进行对比。实验结果表明:在微尺度下,圆形微肋具有比椭圆形更大的阻力损失,椭圆形微肋的流动性能更加优越;现有圆形和椭圆形的经验关联式都无法准确预测微小针肋的摩擦阻力系数。
关键词:微/小针肋;圆形;椭圆形;流动阻力
0 引言
电子芯片的可靠性主要取决于内部组件本身及组件间的温度高低,对新一代高热负荷的先进设备和器件而言,传统的冷却器的设计极限与制作技术已无法满足实际的要求,而敷设微/小针肋的热沉具有很高的传热系数,冷却能力大大超过了常规冷却手段所能达到的水平,研究微/小针肋热沉的流动与传热规律已经变得十分必要。
迄今,国内外已经发表了许多有关针肋理论分析和实验研究报告。Metzger等[1]实验研究认为肋柱的直径、高度、排列间距是影响其传热和压力损失的三个主要因素。Li等[2]研究矩形通道中的椭圆形肋柱的换热和压降特性,得出与圆形肋柱相比,椭圆形肋柱换热性能较好、压降较低的结论。朱惠人等[3]对不同直径和形状的短扰流柱群的流阻及换热进行了试验研究,发现与圆柱形扰流柱相比,锥形扰流柱更有利于增强换热或减小流阻。李庆领等[4]对装有圆形、椭圆形和准滴形肋柱的矩形通道的阻力特性进行了试验研究,得出准水滴形肋柱的阻力小于圆形和椭圆形肋柱的阻力的结论。
上述研究大部分集中于圆形针肋且宏观尺度的研究,对微尺度下的研究则相对较少。本文的主要内容是采用实验的研究方法,以去离子水为介质,测试并比较了流体横掠叉排排列的圆形和椭圆形微小针肋的流动阻力,并对实验结果进行了理论分析。
1 实验系统及误差分析
本系统采用张承武等[4]对微柱群阻力特性实验的研究系统,经验证是完全可靠的。实验系统如图1所示。本系统所需压力由12MPa的高压氮气瓶提供,高压氮气经过气体过滤器及精密减压阀调节后驱动储液罐内的去离子水进入实验段,最后流入高精度量筒,以测量单位时间内工质流量。
图1 实验装置简图图2 实验段示意图
实验中,通过调节精密减压阀可以控制通过试验段水的流量;实验段前端设置的节流管路可以对来流节流降压,以此降低液体压力的控制难度和对试验段进口压力的影响。实验段进出口设有热电偶和压力传感器以测量进出口温度T1、T2及进出口压力P1、P2。实验段采用微机械加工完成,材质为紫铜,实验段如图2所示。布置微小针肋板的长度L=40mm,宽度W=,高度为H=,实验段上盖玻璃板形成流道,实验段和玻璃板之间以704硅橡胶黏结密