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6.3翅片式微通道的傳熱計算

日期：2022-01-11 01:29:36點擊：257

6.3翅片式微通道的傳熱計算
63.1分析條件和結構說明
本節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構如圖6. 3. 1所示。構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，因而通道內的換熱系數很高，可使散熱量大幅提高。在以水為傳熱介質的情況下，微通道基板的熱流密度可高達 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，為了保證介質在通道內的流動速度和進出口溫度•要采用相關的附屬設備加以保證和控制。
由翅片組成的微通道，由于其優異的傳熱特性而廣泛應用于電子器件的冷卻散熱中其典型的結構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，每個通道的寬度相等,寬度為W,介質在通道內的流動長度為L.
每個通道的流通截面為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，每個通道中的換熱周界的長度為

，則每個微通道的當量直徑為

為了進行微通道的傳熱討■算，在結合實際應用的基礎上，提岀下列計算條件：
(1 )假定微通道內的流動和傳熱不受“微尺寸效應”的影響.可以按宏觀理論和實驗公式計算通道內的換熱和阻力。根據相關文獻的介紹，對于液體的單相流動，只有當通道的當量直徑

時，才考慮微尺寸效應。目前應用中選用的通道尺寸往往大于這一數值。
(2) 不考慮微通道的“入口段效應”。
按管內對流換熱理論,在入口段的換熱系數高于人口段后面的有穩定流態的換熱系數. 不考慮入口段的影響，使計算的換熱系數數值偏低，因而使微通道的性能評價偏于安全：
(3) 不考慮表面粗糙度對流動和傳熱的影響：
(4) 不考慮通道內毛細力的影響，因通道內的強制對流遠遠大于毛細力的影響
(5) 微通道中流體的流動和換熱可以應用一般的相應關聯式進行計算
(6) 為討論方便，選取4種型號的微通道斷面尺寸作為計算依據，見表6. 3. I
表6.3.1微通道尺寸及當量直徑

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。
在上述計算條件下,重點討論介質為水的紊流微通道的傳熱計算和層流微通道的傳熱計算，此外，也給出了以空氣為介質的微通道的傳熱特性。

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