理论教育 微通道冷却技术在高热流密度器件中的应用

微通道冷却技术在高热流密度器件中的应用

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着电力电子器件集成度越来越高,器件热流密度和冷却要求也日益严峻,常规大通道流动传热已经不适用于高热流密度器件的传热过程。在高热流密度电力电子器件的冷却工程的背景下,微通道冷却得到广泛的研究和应用。表2-8 通道的尺度分类图2-19为典型的微通道散热器,主要包括进出口和微通道换热段,均流段的主要作用是使得进口和出口的流体流动更为均匀。

微通道冷却技术在高热流密度器件中的应用

随着电力电子器件集成度越来越高,器件热流密度和冷却要求也日益严峻,常规大通道流动传热已经不适用于高热流密度器件的传热过程。在高热流密度电力电子器件的冷却工程的背景下,微通道冷却得到广泛的研究和应用。不同学者基于工程实际分别提出微通道、小通道和常规通道的尺度分类,见表2-8。

表2-8 通道的尺度分类

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图2-19为典型的微通道散热器,主要包括进出口和微通道换热段,均流段的主要作用是使得进口和出口的流体流动更为均匀。

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图2-19 典型的微通道散热器

a)不含均流段 b)含均流段

微尺通道流动传热与常规通道的特殊之处主要基于两个方面。当通道尺度非常小时,分子平均自由程和流动特征尺度相当,流体连续性假设不再成立,Navier-Stokes方程不能真实地反映流动和传热的规律。当通道尺度较小时,连续性假设仍然成立,但由于尺度微细化,表面积与体积比大大增加,表面效应不可忽略,与表面有关的各种力也变得越来越重要,主要包括表面张力、离子因电离产生的库仑力、范德华力和空间位形力等。(www.daowen.com)

根据流体相态的不同,微通道内传热主要分为单相流动和多相流动。Peng等[58]得出矩形通道(133~367μm×50 mm)在层流充分发展区的传热系数模型为

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式中,H与W为通道高与宽;Wc为相邻通道间距。

Jiang等[59]得出矩形通道(300μm×20 mm)在层流入口段和充分发展区的传热系数模型为

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微通道内流动沸腾传热机理较为复杂,学者们相继推导了沸腾两相流传热系数模型,但这些计算模型都适用于特定实验条件,具有较大的局限性,未能形成统一的理论模型。

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