文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123641
波纹微通道相位差对流动换热特性的影响基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(12CX04072A);山东省自然科学基金(ZR2012EEQ022)。
魏波巩亮*
中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院热能与动力工程系,青岛,266555
Tel:0532-86981767 Email:******@upc.
摘要:本文数值研究了不同相位差的波纹微通道热沉内的流动换热以及对芯片冷却能力的影响。研究表明,波纹壁面的相位差会明显的增加流动阻力以及通道换热能力;当给定进口速度时,不同相位差的波纹通道流动与换热能力显现出不同的趋势,本文旨在找出换热能力最强的波纹通道。
关键词:芯片冷却,微通道,波纹,流动换热
1 前言
目前,芯片集成度越来越高,随之而来的高发热量问题已经成为制约电子信息产业发展的严重技术壁垒[1]。因此,怎样对芯片进行有效冷却已成为信息产业发展的重要课题之一。微通道冷却[2-3]是目前较为先进的冷却方式之一。对此,科研工作者已就微通道内的流动换热特性进行了大量的研究,其中之一就是不同几何形状微通道对流动换热影响的研究。由于机械加工等方面的原因,在通道几何形状方面较多的是针对平直圆管或方形通道。对于波纹微通道等形状较为复杂通道内的流动与换热研究较少。作者曾对波纹通道的波长、振幅以及宽高比对流动换热特性的影响进行了研究[4-6],但未涉及两波纹面的相位差。为此,本文依据机械加工中波纹面可能出现的相位差,对波纹微通道热沉内的流动与换热以及热沉冷却能力的影响进行了三维数值研究。
2 物理模型与数值方法
物理模型
图1给出了波纹微通道热沉的物理模型,其中通道全长L=20mm,进出口端各有2mm的平直通道,通道中间位置的正弦曲线壁面波纹通道长16mm,波长2mm,。通道高度Hc=500μm,热沉总高为H=1000μm。另外在热沉的下表面中心位置布置了长度为Lh=10mm发热量为q= W/mm2均匀热流,以此来体现Intel i7-996X CPU的能量密度。
为了比较等泵功情况下波纹微通道相对于矩形平直通道换热性能的变化情况,文章
立体图
A-A‘截面剖视图
B-B‘截面剖视图
图1 波纹微通道热沉的物理模型
采用式(1)所示的能效因子作为判断准则。
(1)
其中Nud,Nus分别表示波纹微通道和矩形平直通道的平均努赛尔数;Δpd,Δps分别表示波纹微通道和矩形平直通道的压降。
在研究相位差对波纹通道流动与换热影响的三维数值模拟过程中,采用FLUENT[7]软件求解流动与换热问题。另外设置通道进口边界为均匀速度分布及300K均匀温度分布;通道出口采用了OUTFLOW边界条件。对于固体边界,,其余均为绝热边界。此外,采用纯水作为流体工质,同时假设:流体和固体均为常物性以及单相层流流动。
为了较全面的了解不同流速下相位差对波纹微通道内流动换热特性的影响(这里需要说明的是,在改变相位差时,仅改变图1b中的波纹下壁面位置),本文研究中,对通道尺寸A、λ,以及Re的选取范围如表1所示。
表1 参数设置
参数
波长A / μm
振幅λ/ μm
相位差Φ/ 度