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朱吉锋同学在《International Journal of Thermal Sciences》发表论文

发布日期:2019-09-09

微通道热沉是一种高效的散热装置,广泛应用于微型电子设备的冷却。相比于传统的直通道热沉,波浪形微通道热沉能够显著提高散热能力。波浪形微通道设计主要分为两种:左右波浪形设计和上下波浪形设计。目前,已有大量研究通过波浪形微通道热沉和直式微通道热沉在各种条件下的性能比较,证实了两种波浪形设计均具有优越的冷却效果。然而,甚少研究关注两种波浪形设计之间的性能差异。因此,如何根据实际条件合理选择波浪形设计方案以及通道结构成为亟待解决的问题。

华北电力大学工程热物理研究中心朱吉锋同学作为第一作者,李羡扬同学作为第二作者,王硕林同学作为第三作者,杨燕茹老师作为第四作者,王晓东教授作为通讯作者,在传热领域国际期刊International Journal of Thermal Sciences上发表题目为“Performance comparison of wavy microchannel heat sinks with wavy bottom rib and side rib designs”的论文。该论文对左右波浪形设计和上下波浪形设计进行了等泵功条件下的传热性能比较,研究了结构参数对两种设计的影响,阐述了造成两种设计性能差异的主要原因,为波浪形微通道热沉的优化设计和实际应用提供指导。

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【论文概述】

论文采用三维流固耦合模型对左右波浪形微通道热沉和上下波浪形微通道热沉的换热性能和流动特性进行了数值模拟,分别研究了波长λ、振幅A、通道高宽比α以及通道宽度比β四种结构参数对两种波浪形设计的影响。模拟结果显示,由于波浪形壁面对流体的作用,流体在微通道中产生成对出现的迪恩涡。形成的迪恩涡能够促进流体混合,从而增强换热效果。迪恩涡在两种波浪形设计中的形成位置和涡流尺寸存在较大差异,这是造成两种设计换热性能差异的主要原因。

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(左右波浪形微通道热沉和上下波浪形微通道热沉结构示意图)


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(波长1000 μm时左右波浪形设计和上下波浪形设计通道y-z截面的流线和温度分布)



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(两种设计在不同波长、振幅、通道高宽比下的热阻比较)


论文主要得出以下结论:(1)在上下波浪形设计中,迪恩涡出现在左、右壁面附近,促进了顶部低温区和底部高温区之间的冷热流体混合;而在左右波浪形设计中,迪恩涡出现在上、下壁面附近,形成了低温流体和高温流体的各自混合;(2)在相同泵功和通道截面积下,无论振幅、通道高宽比和通道宽度比如何,当采用小波长时,上下波浪形设计的换热性能始终优于左右波浪形设计;(3)采用大波长时,左右波浪形设计和上下波浪形设计的热阻基本一致。

该论文得到了国家杰出青年科学基金(51525602)、国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51821004)和中央高校基本科研业务费专项资金(2017ZZD006)的资助。


撰稿人:李羡扬