微通道形状对自相似热沉综合性能的影响分析

自相似微通道热沉(SSHS)作为一种新的换热结构设计,比一般的微通道热沉(MHS)具有更好的综合性能。前期工作通过将内部分流通道改为渐缩式斜坡结构,使内部流量分配不均受到了很大抑制。本文在此基础上,利用数值模拟方法进一步分析了微通道(溢流通道)形状对SSHS流动及传热过程的影响。计算结果表明,原设计中溢流通道内存在较大的低流速区,导致了不均匀的换热过程;将矩形截面微通道改为梯形截面,可以减小溢流通道内低速区的流通面积,从而使微通道内的流动和换热过程更加均匀;进一步对比分析发现,随着溢流通道顶部宽度mw减小,低流速区域占比进一步减小,换热均匀性有所提高;该结构优化方案对流动阻力的影响较小,流量在0.18~1.8kg/h范围内,流动阻力增加平均不超过5%,但换热均匀性平均提高15%左右。

微通道迎流角对自相似热沉性能的影响

自相似微通道热沉(Self-similarity heat sink,SSHS)综合性能优于一般的微通道热沉,在电子芯片冷却领域有很大应用前景,但SSHS原型结构存在内部流量分配及散热不均等问题,需要在研制过程中进一步改进。本文将SSHS原结构中直微通道设计改为锯齿形微通道,通过数值模拟方法对改进设计进行了验证,并以SSHS中的一个换热单元为研究对象,分析了锯齿形通道迎流角对SSHS内部流动和传热过程的影响。

具有导流孔结构的自相似微通道热沉

自相似微通道热沉(SSHS)具有结构紧凑、散热性能强、可扩展性好等特点,可应用于高发热电子芯片的散热。为克服自相似热沉内部的流动分配不均,进一步提高散热性能,提出一种具有导流孔结构的自相似微通道热沉。使用数值计算方法验证该结构设计的有效性。结果表明:具有导流孔结构的自相似微通道热沉内流体垂直冲击溢流道起到强化换热作用。计算单元入口流量在0.58~1.44 kg/h时,相比原型SSHS,改进型SSHS流量分配均匀性大幅改善,加热面最高温度降低10 K,加热底面温度分布均匀性提高57%,同时进出口压降降低约10.4%。在改进型基础上对射流孔尺寸进行了进一步结构优化,与改进型相比以更大的进出口压降(提高约16.5%)为代价,取得了更好的流动分配均匀性及散热性能。

面向热伏发电系统的紧凑式换热结构设计及性能分析

中低温地热温差材料热伏发电是世界性研究热点,其难点是如何提高热伏发电的热电转换效率。本文提出一种基于自相似结构(SSHS)的换热结构设计方案,可以大大减小一般热电转换系统换热结构的体积与重量,同时提高热电转换效率。以一个热端热沉的流动换热过程为例,利用数值计算方法对其换热和流动阻力特性进行了模拟和分析,并与两种传统换热结构进行了对比。计算结果表明:SSHS热沉具有更强的换热能力,换热均匀性更好,流量范围0.0103~0.0186 kg/s、热流密度2 W/cm2及进口热水温度100℃条件下,SSHS热沉的换热能力可达一般换热结构的2倍以上,换热面(释热面)温度高出5~10 K,温度分布均匀性提高了50%以上,进而有利于提高热电转换效率;此外,SSHS虽然相较传统结构有更大的流动阻力,但对于当前设计总流动阻力也不超过450 Pa,因此SSHS热沉非常适合用于模块化的热电直接转换系统。