微通道热沉是一种高效微型散热设备，因其优越的换热性能而得到广泛关注。大量研究致力于进一步提高微通道热沉的工作性能，以适应电子器件日益增长的散热需求。然而，在传统微通道热沉中，换热性能的提高往往伴随着泵功消耗的增大或复杂结构加工的困难，而降低泵功往往造成传热恶化。因此，能否同时实现高换热性能和低泵功消耗成为了微通道热沉研究的焦点问题。

华北电力大学工程热物理研究中心李羡扬同学作为第一作者，王硕林同学作为第二作者，王晓东教授和王天虎博士作为通讯作者，在传热领域国际期刊International Journal of Thermal Sciences上发表题目为“Selected porous-ribs design for performance improvement in double-layeredmicrochannel heat sinks”的论文。该项工作提出“把双层热沉结构与多孔肋相结合”的改进设计，以期能在双层结构良好换热性能的基础上发挥多孔肋显著降低泵功的效果。

【论文概述】

论文提出了“把双层热沉结构与多孔肋相结合”的微通道热沉改进设计，在改进设计中，微通道采用矩形结构，下层为固体实心肋，上层为多孔肋。论文采用三维流固耦合模型对比分析了“改进热沉”和现有四种热沉（实心肋单层热沉、多孔肋单层热沉、实心肋双层热沉、多孔肋双层热沉）的流动与传热特性。模拟结果显示，无论在相同的雷诺数还是在相同的泵功下，“改进热沉”在五种热沉中均获得了最小的热阻和最佳的底肋温度均匀性，因此，在双层热沉上层引入多孔肋是一种不以传热恶化为代价的降低泵功的有效方法。此外，论文还讨论三个结构参数（通道高宽比α，通道与肋条宽度比β，通道数N）以及上下层通道流量分配对“改进热沉”热阻和底肋最大温差的影响。

（图为文中研究的五种微通道热沉设计结构示意图）

（图中结果显示，在相同雷诺数下改进设计的热阻和底肋最大温差在五种设计中最小）

（图中结果显示，在相同泵功下改进设计的热阻和底肋最大温差在五种设计中最小）

论文得出了以下结论：（1）“改进热沉”在五种热沉中具有最佳的散热性能，当泵功为0.05 W时，相比于其它四种热沉，“改进热沉”的热阻分别降低了14.98%、10.85%、9.27%和11.44%，温度均匀性分别提高了52.44%、58.04%、14.57%和56.54%；（2）结构参数对“改进热沉”的换热性能有明显影响，泵功为0.05 W时，若固定α="5和β="0.4，N="40时热阻最小，若固定α="5和N="60，β="0.6时热阻最小，若固定N="60和β="0.4，热阻随α的增大逐渐上升；（3）当上下层通道高度相等时，使热阻和底肋温差取最小值的入口速度比分别为0.67和0.43；当上下层通道入口速度相同时，使热阻和底肋温差取最小值的通道高度比分别为0.54和0.67，因此对于“改进热沉”，下层通道的流量低于上层通道有利于获得更优的性能。

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