大屏幕液晶电视微通道散热数值模拟

针对大屏幕液晶电视存在的散热问题,在综合考虑实际工况和MEMS技术基础上,设计了集成微通道的模拟液晶电视LED背光组件芯片.采用ANYSIS软件,对不采用微通道散热和采用40 μm微通道流速为0.000 1 m/s散热时的效果进行了数值模拟.在此基础上改变入口流速,模拟了不同入口流速对散热性能的影响.数值模拟结果证明,该方案设计具有高度的可靠性和可行性,可以在未来的电视设计技术中取得应用.     

芯片微通道换热研究综述及展望

随着电子芯片发展的高度集成化,散热问题日益凸显,芯片微通道散热器以其优越的散热性能而被广泛应用。文章从影响微通道散热器性能的主要因素,即流动工质、微通道结构、制作材料三个方面对最新研究成果进行综述。通过对各种研究结果的分析,发现一些常规槽道中被忽略的因素,如槽道宽高比、进出口效应、表面粗糙度、槽道孔隙率等会对芯片微通道散热器的换热性能产生较大的影响。同时指出了目前研究工作中存在的不足,展望了芯片冷却用微通道散热器的发展前景,并提出了新的研究思路。     

矩形微通道流动换热特性的数值分析

对矩形微通道的传热和流动特性进行了三维数值模拟,结果表明:在所讨论的矩形微通道的转捩雷诺数提前到1000～1100之间,当Re>2500时,微通道内达到旺盛湍流;当量直径的变化对层流区换热Nu数影响不大,对湍流区换热Nu数有较大影响;对层流区的阻力系数影响很小,对湍流区的阻力系数影响明显,可为设计和分析微通道的性能提供理论参考.     

芯片散热微通道仿生拓扑结构研究

为提升高热流密度芯片的散热能力,借鉴自然界中众多具有优良传质传热特性的网络拓扑,设计了多种仿生微通道拓扑结构.利用数值模拟方法,分析了不同拓扑结构的散热效果及压降特性,结果表明不同拓扑结构的散热能力存在一定差异,且芯片热流密度越高差异越明显.对数值分析中综合性能优秀的蜘蛛网结构的散热特性进行了理论分析,并通过3D打印加工了微通道散热器,测试表明其散热能力和压降相对现有平直微通道均有明显提高.     

凹槽型微通道传热与流动性能的数值分析

针对电子器件的散热问题,提出了四种具有对称和等距凹槽的微通道,并通过三维数值模拟,研究了不同雷诺数下凹槽形状及布局对微通道性能的影响。结果表明:在给定的雷诺数范围内,圆形凹槽的传热性能仅次于三角凹槽,而梯形和矩形凹槽的传热性能较差。三角凹槽压降最大,其次是圆形,而梯形和矩形凹槽压降差异较小;同种形状不同布局的凹槽,压降几乎一致,这表明通过改变凹槽布局来提高性能不会产生额外压降损失。综合换热和压降特性,微通道热性能系数先增后减,故三角凹槽在雷诺数为600时获得最优热性能,而在雷诺数为900时等距圆形凹槽的热性能超过三角凹槽。     

内凹形微通道热沉换热流动性能的数值分析

针对大功率LED阵列的热控问题,提出了一种内凹形("Ω"形)铜基微通道热沉,并采用数值模拟(CFD)方法分析对比了其与常见矩形微通道热沉的性能。此外,还对其在不同流速、进口水温、热流密度下的单相对流传热、流动性能进行了研究。结果表明,该内凹形微通道较常见的矩形微通道热沉,通过减少泵功损失获得了更高的综合性能;采用较高的流速和较小的进口水温能够提高其换热性能,增大热沉底面温度均匀性,从而提高LED的寿命和稳定性;雷诺数约为300时,层流向湍流转捩。     

主动式交变电场电渗微混合通道数值模拟

为了获得快速、充分的流体混合效果,提出了一种主动式增强微通道内流体混合的方法。利用交变电场电渗,在微通道内诱发混沌流,以提高流体混合效率。基于有限元方法采用COMSOL软件对流体混合过程进行数值仿真,分析了相邻电极极性相同和相反时的混合效率及电场强度、电场频率对混合效率的影响。结果表明,此方法能够有效提高微通道内流体的混合效率。选择适当的电场强度和电场频率对提高混合效率有显著的影响。当相邻电极极性相反时,可获得更好的混合效果。定量地评价了该微混合通道的混合效果,即微通道出口处混合效率在0.5 s后较稳定地保持在99%,与无交变电场的电渗相比,混合效率提高了约46%。     

微束斑X射线源电子光学系统设计与数值模拟

首先给出了采用场致发射阴极的微束斑X射线源电子光学系统结构,然后利用数值模拟的方法对该系统进行了计算与分析,最终获得了一发射电流约为80μA,束斑半径约为3.2μm的微束斑X射线源电子光学系统优化结构。该结构制作简单、体积小,可供制作微束斑X射线源时选用。     

一种微通道换热器的设计与分析

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置，对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明，当微通道水力直径为381μm时，宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时，微通道的摩阻比宏观理论计算值小31．6％～41．9％；微通道结构具有良好的换热性能，其Nu可达9．2。     

一种微通道换热器的设计与分析(英文)

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置,对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明,当微通道水力直径为381μm时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时,微通道的摩阻比宏观理论计算值小31.6%～41.9%;微通道结构具有良好的换热性能,其Nu可达9.2。     

电子芯片冷却用微管道散热器的换热性能分析

在对电子芯片内部冷却用的微管道散热器进行传热性能分析时,现有分析方法大都仅能在假设微管道下壁上的热载荷处于均匀分布时适用.当微管道下壁上的热载荷处于任意分布情况时,利用文中设计的有限元分析法可对微管道散热器的传热性能进行分析.在微管道下壁上的热载荷处于不同的分布情况下,利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的微管道表面温度分布、流体温度分布及散热器总热阻等;通过与现有的分析方法所得结果进行对比:在对热载荷均匀分布状态下的微管道散热器进行传热性能分析时,有限元方法完全可作为CFD(Calculated Fluid Dynamics)法的一种替代,且使用有限元方法对微管道散热器进行传热分析时的运算更为快捷.当微管道下壁上的热载荷处于任意非均匀分布状态时,利用文中设计的有限元分析法仍可有效地对微管道散热器的传热性能进行分析;因此有限元分析法也可用于研究微管道散热器的几何参数对散热器传热性能的影响.     

芯片冷却用分形微管道散热器内的压降与传热

受到哺乳动物消化系统和血液循环系统中物质运输与分配网络所具有的分形特征启发,文中设计、加工出了一种电子芯片冷却用的硅制分形微管道网络散热器.在给出分形微管道网络构造过程的基础上,探讨了分形微管道网络内部微流体的换热与压力降特性.针对利用多路感应耦合等离子蚀刻工艺制造出的硅制分形微管道网络散热器,理论计算所得结论与流动与传热实验数据均证明:当热传递面积、温差、努谢尔特数均相同的情况下,分形微管道网络散热器比传统的平行微管道阵列散热器具有更高的热传递效率;而在具有相同流速、热传递率的要求下,分形微管道网络散热器所需的泵送功率远低于平行微管道阵列散热器所需的泵送功率;分形维数越高,分形微管道网络散热器的热传递效率将越高,且所需的泵送功率将越低.     

电子器件散热片换热特性的数值研究

对三种不同截面形状的散热片,在不同风速和相同加热功率下的换热特性进行数值模拟。得到三种散热片的底面芯片最高温度、传热系数以及压降在不同风速下的变化关系。通过对计算结果的分析可知：三种模型的底面芯片最高温度随着风速的增加而下降,传热系数和压降随着风速的增加而增大,这与相关实验数据的变化趋势一致。提高风速可以有效增强换热效果,但是压降的影响不容忽视。对比三种模型,收缩式散热片模型较另外两种模型具有换热效果好、压降小的优点,可为高热流密度的电子设备冷却方案的设计和改进提供参考。     

地源热泵垂直埋管周围土壤温度场数值模拟及分析

概述了地源热泵技术,对影响埋管换热器的最主要因素——埋管周围土壤温度场进行了研究,采用了建立传热模型并借助FLUENT软件进行数值模拟的方法,对垂直U型埋管换热器周围土壤温度场的特性进行了研究,分析了不同管井水平间距、系统冬夏季不同的运行天数、热泵系统长期和短期运行、不同埋管类型等不同工况对埋管换热器周围土壤温度场的影响,以提供冬、夏季节的运行时间分配和管井水平间距等方面的基础数据,从而为垂直埋管换热器的设计提供参考。     

大功率电子器件散热系统的数值模拟

针对大功率器件的散热状况,采用强迫水冷的散热系统设计方案,并依据国家有关标准与试验要求,应用有限元分析软件ANSYS对其水冷散热器的流场、温度场进行了数值模拟和系统分析.模拟结果不仅可以方便地观察到散热器内腔各处水流的饱和程度、流速及压力分布,而且可以得到功率器件、散热器和流体的温度分布;同时也验证了数值模拟方法的合理性,对散热器结构的优化设计提供了可靠的保证.     

电子束重复曝光加工PCR微通道的工艺研究

对PCR微流控芯片通道中流体的流动特性进行了分析,发现流体在横截面为圆形的通道中流动时由摩擦引起的等效水头损失及表面张力均小于微矩形通道。以此为依据,将PCR芯片微通道优化设计成圆形通道。在JSM-5CF电子束曝光机上采用束斑尺寸80nm、能量20keV的电子束对1μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯进行了单次曝光剂量40μC/cm2的8次重复增量扫描曝光实验,显影后得到的PCR芯片微圆通道轮廓清晰,边缘连续光滑。证明了电子束重复增量扫描曝光方式制作PCR微流控芯片微圆通道的可行性。     

On-Chip Thermal Management With Microchannel Heat Sinks and Integrated Micropumps

Liquid-cooled microchannel heat sinks are regarded as being amongst the most effective solutions for handling high levels of heat dissipation in space-constrained electronics. However, obstacles to their successful incorporation into products have included their high pumping requirements and the limits on available space which precludes the use of conventional pumps. Moreover, the transport characteristics of microchannels can be different from macroscale channels because of different scaling of various forces affecting flow and heat transfer. The inherent potential of microchannel heat sinks, coupled with the gaps in understanding of relevant transport phenomena and difficulties in implementation, have guided significant research efforts towards the investigation of flow and heat transfer in microchannels and the development of microscale pumping technologies and novel diagnostics. In this paper, the potential and capabilities of microchannel heat sinks and micropumps are discussed. Their working principle, the state of the art, and unresolved issues are reviewed. Novel approaches for flow field measurement and for integrated micropumping are presented. Future developments necessary for wider incorporation of microchannel heat sinks and integrated micropumps in practical cooling solutions are outlined.