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6.3翅片式微通道的傳熱計(jì)算

日期：2022-01-11 01:29:36點(diǎn)擊：269

6.3翅片式微通道的傳熱計(jì)算
63.1分析條件和結(jié)構(gòu)說明
本節(jié)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(jié)構(gòu)如圖6. 3. 1所示。構(gòu)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(qiáng)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(nèi)的換熱系數(shù) 很高，可使散熱量大幅提高。在以水為傳熱介質(zhì)的情況下，微通道基板的熱流密度可高達(dá) 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。
圖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(dāng)高一些，可取5 - 10 mm_o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(zhì)在通道內(nèi)的流動速度和進(jìn)出口溫度•要采用相關(guān)的附屬設(shè)備加以保證和控制。
由翅片組成的微通道，由于其優(yōu)異的傳熱特性而廣泛應(yīng)用于電子器件的冷卻散熱中其典型的結(jié)構(gòu)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(gè)通道的寬度相等,寬度為W,介質(zhì)在通道內(nèi)的流動長度為L.
每個(gè)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(gè)通道中的換熱周界的長度為

，則每個(gè)微通道的當(dāng)量直徑為

為了進(jìn)行微通道的傳熱討■算，在結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提岀下列計(jì)算條件：
(1 )假定微通道內(nèi)的流動和傳熱不受“微尺寸效應(yīng)”的影響.可以按宏觀理論和實(shí)驗(yàn) 公式計(jì)算通道內(nèi)的換熱和阻力。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的介紹，對于液體的單相流動，只有當(dāng)通道的當(dāng)量直徑

時(shí)，才考慮微尺寸效應(yīng)。目前應(yīng)用中選用的通道尺寸往往大于這一數(shù)值。
(2) 不考慮微通道的“入口段效應(yīng)”。
按管內(nèi)對流換熱理論,在入口段的換熱系數(shù)高于人口段后面的有穩(wěn)定流態(tài)的換熱系數(shù). 不考慮入口段的影響，使計(jì)算的換熱系數(shù)數(shù)值偏低，因而使微通道的性能評價(jià)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(nèi)毛細(xì)力的影響，因通道內(nèi)的強(qiáng)制對流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛細(xì)力的影響
(5) 微通道中流體的流動和換熱可以應(yīng)用一般的相應(yīng)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算
(6) 為討論方便，選取4種型號的微通道斷面尺寸作為計(jì)算依據(jù)，見表6. 3. I
表6.3.1微通道尺寸及當(dāng)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(dāng)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(jì)算條件下,重點(diǎn)討論介質(zhì)為水的紊流微通道的傳熱計(jì)算和層流微通道的傳熱計(jì)算，此外，也給出了以空氣為介質(zhì)的微通道的傳熱特性。

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