【《微尺度沉热的研究进展文献综述》2300字】

-PAGE53-微尺度沉热的研究进展文献综述1.1微通道沉热研究现状微通道散热进入人们视野是始于上世纪八十年代初，D.B.Tuckerman[1]第一次设计特殊的微通道沉热结构并进行相关的实验研究，结果表明微通道具有良好的散热效果。Moores和Joshi[2]在适当的雷诺数范围内对顶部有间隙的圆柱针肋的传热性能进行了研究，发现合适的顶部间隙能够增强散热效果和减少能量损耗。传统平行直流道的微通道的强迫对流特性研究已经得到很大进展[3-4]，然而电子元件的不断小型化和电子封装密度的增加，使得传统的微通道由于受传热速率的限制，已无法满足有效散热的需要。此外，由于微通道尺寸的关系，微通道热沉往往伴随着较大的压降。因此改变微通道流道或几何形状的方法相继被研究者们提来，其中有波浪型或波纹型微通道[5-7]、锯齿型微通道[8-9]、底部或侧壁带有肋或凹槽的微通道[10-12]。Lin[13]设计了一种既能够减小压力降、热阻又能够强化传热的多孔翅片波状微通道散热器。Lee等[14-15]对设计有倾斜方向一致的次级通道的微通道。发现此类型次级通道结构能够抑制边界层发展使其处于未充分发展状态和降低热边界层的厚度。翟玉玲等[16]研究了（如图1-1）带有凹穴和内肋微通道的传热性能，发现同时设置肋助凹穴不仅能够强化热量传递又能减小压降，这得益于凹穴、内肋共同抑制了微通道的边界层和内肋凹穴产生旋涡起到扰流作用，从而加强微通道的热量传递。Shi等[17]为研究次流道宽度与主流道宽度比对微通道的热阻和泵功率的影响，设计一种带次流道的微通道模型（如图1-2）。其数值研究结果显示其对热阻和泵功率的影响较大，微通道最优模型的热阻降低了1/4和泵功率降低了1/5。图1-1凹穴内肋型微通道图[16]图1-2带次流道微通道热沉[17]Khoshvaght[18]研究了带内肋的波浪型微通道（如图1-3）散热器，发现内肋能够促进冷却液的剧烈混合和混沌平流进而强化传热，同时波纹肋形散热器的传热系数和压降随波纹长宽比、肋宽的增大而增大，但压降的增加导致泵功增加。FangLi等[19]设计带凹穴的微通道散热器（如图1-4）并进行相关实验研究，数值模拟结果表明换热性能随腔数增加而增大，合适的凹穴数增大换热面积，促进热边界层的再开发。但因为凹槽处的收缩和膨胀，所以凹穴数量过多导致摩擦阻力迅速增大，导致整体性能下降。图1-3带内肋波浪形微通道[18]图1-4带凹槽矩形微通道[19]胡振俊、冯振飞等[20]设计一种正弦型微通道模型进行研究。模拟结果表明其温度场相对于光滑通道有明显的改变，壁面温度也得到很大改善（如图1-5），同时正弦型微通道在正弦型底面段的努塞尔数沿流动方向的变化形势出现波动，当雷诺数超过600时，正弦型通道的平均努塞尔数相比于光滑通道增大较为明显，在该雷诺数范围内正弦型微通道的传热强化效果比光滑通道好。图1-5正弦型微通道三维图[20]1.2微针肋沉热研究现状微针肋热沉各凸出的针肋可以较大范围提高换热的面积，同时针肋的形状和布置形式都能够改变流体的流动状态和使流动边界层不断被打断，进而流体难以达到充分发展，层流边界层薄，因此达到强化换热效果的目的。张秀强等[21]研究了不同形状微针肋热沉（如图1-6）换热性能，结果表明在保证雷诺数相同大前提下，低雷诺数时，摩擦阻力系数最小的三角形针肋；而大雷诺数时，方形针肋摩擦阻力系数很小；圆柱针肋的对流换热系数优于三角形针肋和方形针肋，圆柱针肋相比三角形针肋和方形针肋更加优越。图1-6通道表面结构示意图[21]周明正[22]和夏国栋[23]等研究了流体横掠水滴形微针肋热沉模型（如图1-7）以及菱形、长菱形阵列微针肋热沉的传热性能，研究结果显示布置相同的水滴形和长菱形针肋相比于圆形和菱形针肋能够避免尾涡滞留区的形成，从而促进传热。适当水滴形针肋能够改善流体横掠微针肋的流动状态，能够降低压降，减少泵功。尾角为60°的水滴形针肋能够较好的降低阻力，而其流线型形式具有改变尾部流动的作用。图1-7水滴形微针肋热沉局部实物图[22]杨宇辰、夏国栋等[24]设计不同形状微针肋沉热模型（如图1-8）和进行相关研究，结果表明因为尖角结构存在，使得菱形微针肋的形阻较大、压降较高。在雷诺数大于75时，尖角为90°的针肋尾部产生了边界层分离和漩涡，在雷诺数大于275是，尖角为60°和45°针肋尾部也产生界层分离，这是引起压力损失增大的主要因素。而水滴形的流线形状有利于形阻的改善，其尾部结构阻碍流体产生边界层分离、漩涡，相比于菱形微针肋热沉的压强大大降低。崔珍珍[25]研究了一种由圆柱形和三角形针肋组合的微通道热沉的传热性能（如图1-9），结果显示圆形肋助靠近三角肋处产生纵向旋涡，使得尾部回流减小、促进流体混合，而三角肋能够阻碍边界层发展和圆肋下游产生纵向漩涡扰动流体流动。图1-8水滴形微针肋热沉局部实物图[24]图1-9组合式肋助热沉模型立体图[25]参考文献[1]TuckermanDB,PeaseRFW.High-performanceHeatSinkingforVLSI[J].IEEEElectronDeviceLetter,1981,15:126-129.[2]K.A.Moores,Y.K.Joshi.EffectofTipClearanceontheThermalandHydrodynamicPerformanceofaShroudedPinFinArray[J].JournalofHeatTransfer,2003,125:999-1006.[4]SaharAM,OzdemirMR,FayyadhEM,etal.Singlephaseflowpressuredropandheattransferinrectangularmetallicmicrochannels[J],AppliedThermalEngineering,2016,93:1324-1336.[5]DengD,WanW,TangY,etal.Experimentalinvestigationsonflowboilingperformanceofreentrantandrectangularmicrochannelsacomparativestudy[J],InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2015,82:435-446.[6]SuiY,LeePS,TeoCJ,Anexperimentalstudyofflowfrictionandheattransferinwavymicrochannelswithrectangularcrosssection[J],InternationalJournalofThermalSciences,2011,50:2473-2482.[7]HuangH,WuH,ZhangC,Anexperimentalstudyonflowfrictionandheattransferofwaterinsinusoidalwavysiliconmicrochannels[J],JournalofMicromechanicsandMicroengineering,28(2018):055003.[8]Khoshvaght-AliabadiM,SahamiyanM,Performanceofnanofluidflowincorrugatedminichannelsheatsink[J],EnergyConversionandManagement,2016,108:297-308.[9]DaiZ,FletcherDF,HaynesBS,Impactoftortuousgeometryonlaminarflowheattransferinmicrochannels[J],InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2015,83:382-398.[10]Khoshvaght-AliabadiM,HassaniSM,MazloumiSH,etal.Effectsofnooksconflgurationonhydrothermalperformanceofzigzagchannelsfornanofluid-cooledmicroelectronicheatsink[J],MicroelectronicsReliability,2017,79:153-165.[11]XiaGD,ZhaiY,CuiZ.Numericalinvestigationofthermalenhancementinamicroheatsinkwithfan-shapedreentrantchamberandinternalribs[J].AppliedThermalEngineering,2013,58:52-60.[12]ChaiL,XiaG,WangL,etal.Heattransferenhancementinmicrochannelheatsinkswithperiodicexpansion–constrictioncross-sections[J],InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2013,62:741-751.[13]LinL,ZhaoJ,LuG,etal.,Heattransferenhancementinmicrochannelheatsinkbywavychannelwithchangingwavelength/amplitude[J],InternationalJournalofThermalSciences,2017,118:423-434.[14]LeeYJ,LeePS,ChouSK,Numericalstudyoffluidflowandheattransferintheenhancedmicrochannelwithobliquefins[J],JournalofEnhancedHeatTransfer,2013,135(4):041901.[15]YongJL,SinghPK,LeePS,Fluid