理论和实验调查,通过一个矩形微通道散热器传热特性

b s Gawali博士¹v . b .阁下²,s d Thakre³

机械工程系教授博士,Walchand工程学院Sangli,印度马哈拉施特拉邦
机械工程系教授,Walchand工程学院Sangli,印度马哈拉施特拉邦
打开学生,机械工程系,Walchand工程学院Sangli,印度马哈拉施特拉邦

文摘

调查的传热特性进行了理论和实验的直接的矩形截面微通道散热器507μm水力直径与水作为循环流体。温度分布、压降、传热系数和热沉的总热阻是选为标准的冷却性能。参数变化在这项研究中雷诺数范围从200到700。传热系数和热阻的理论结果与实验结果进行比较。得到的理论结果与实验结果有很好的一致性。发现水的温度对于微通道长度增加。目前的工作提出了一种方法来提高微通道散热器的传热增强

关键字

微通道热沉,水力直径,长宽比、压降、传热系数。

我的介绍。

巩膜已成为非常受欢迎的在应用程序非常高传热率是必要的。它的发展趋势是电子设备变得越来越先进和较小的大小与持续创新。它面临着热能工程挑战从高水平的热生成和除热量的可用面积的减少。在缺乏足够的热量排除,这个组件的工作温度可能超过所需的温度水平然后增加关键设备故障率。因此,先进的电子设备用高温生成需要一个高效、紧凑的设备提供合适的冷却操作[1]。为了满足冷却要求,需要增加传热系数的乘积(h)和传热面积(A)的设备。由于传热系数相关渠道水力直径[2]。可以增加传热面积将设备上的微通道表面。

解决问题是一个很有前景的液体冷却将巩膜[3]。微通道传热冷却高功率密度微芯片的潜力。可以看出,随着通道的大小减少,对流传热系数的值(h)变得越来越为了维持一个恒定值的努塞尔特数(hDh / kf)。这些芯片加工式微通道冷却液通过它像水是流传。通过单相强制对流冷却液去除热量。微通道内流动被认为是充分发展与恒热流层流。因此,大的散热片表面,延长高导电材料和更多的冷却液流关键参数来减少基础温度[4]。为中级水平的热通量,单相冷却提供了另一种更容易实现,因此比[5]。

本文的工作分为两个阶段。1)理论研究2)实验调查。理论研究是通过应用公式由美国提供g . Kandlikar et al . [6]。传热和流体流动在minichannels和巩膜的书。此后,恒热流底部的通道和其他三面墙绝热考虑边界条件的调查式微通道。

论文组织如下。第二部分描述了相关工作(文献调查),第三部分描述的分析微通道散热器使用理论研究,研究分类频道。分析微通道散热器使用试验研究,给出了在第四节,第五部分提出了理论和实验结果。最后,第六部分提出结论。

二世。相关工作

Tuckerman和皮斯[1]提出的使用对于高热流、雇佣了直接循环的水在层流条件下通过巩膜散热器在硅片制造的。这个散热器鳍和许多小通道只是一个衬底并行排列,这样热量有效地进行从基质到冷却剂。他们设法产生大宽高比散热器通道宽度50μm的顺序。热通量高达790 W / cm²实现芯片的温度保持在110ºC。即哈桑et al。[2]给出了微通道的信息,用于计算机冷却高功率的ICs。电子元件产生的热量转移到强制对流的冷却剂。层流是最好的排热通过巩膜,由于薄热边界层的发展。c·b·索班和S.V.盖[3]表明,之前的预测对于微通道流动和传热率可以用信心,仔细的实验需要解决差异的文献,并提供实用信息在微通道散热器的设计。密度Kandlikar和j•格兰德[4]给高热流的排热信息设备也给流动沸腾的概念对高热流冷却应用minichannel和巩膜。流动沸腾优于单相液体冷却从两个主要considerations-namely高在流动沸腾传热系数和较高的排热能力对于一个给定的速率冷却剂质量。 Poh-Seng Lee et al. [5] discuss experimental results of rectangular microchannel, consider a microchannels width from 194 μm to 534 μm, with the channel depth being nominally five times the width in each case. Each test piece was made of copper and contained ten microchannels in parallel. The experiments were conducted with deionized water, with the Reynolds number ranging from approximately 300 to 3500. Also numerical approach is compared with the experimental one and found to be in good agreement. Lee and Garimella [7] performed three dimensional numerical simulations for laminar thermally developing flow in the entrance region of microchannels of rectangular cross section of different aspects ratios under circumferentially uniform wall temperature and axially uniform heat flux thermal boundary conditions. They were proposed generalized correlations for predicting Nusselt numbers useful for the design and optimization of microchannel heat sinks. The proposed correlations were compared with conventional correlations and with available experimental data, and show very good agreement. Shah and London [8] gives information about boundary layer developed conditions, thermally and hydrodynamically entry length effects. Shekhar D. Thakre and V. B. Swami [10] discuss analysis of heat transfer characteristics through a straight and wavy profile rectangular microchannel heat sink with Reynolds number from 100 to 1000 and same effective length.

三世。理论研究

传热过程的速率取决于表面积,它随水力直径的微通道的流量取决于横截面积,而线性变化与Dh 2。Kandlikar Grande 2004[4],分类频道基于他们的最小尺寸,Dh,水力直径通道进行分类的基础上,按照方案如表1.1所示。[6]渠道进行分类与传统通道分子纳米通道。

根据Kandlikar Grande [4], D是环形通道的直径。如果通道不圆,它可能截面积的4倍的比例在矩形的周长,三角形和梯形渠道。从表1.1可以看到,因此微通道被定义为一个通道与水力直径在10μm 200μm的范围。微通道热沉的主要优势是大湿区域即。,large surface area for heat transfer in small space which leads to a very high heat transfer rate. [6]. Most commonly used type of microchannel is of rectangular cross section because it is easy to manufacture & gives maximum wetted area. The schematic figure of straight microchannel shown in fig.1.

术语,

计算过程中是有用的理论结果。

纵横比:

长宽比定义为矩形的长边与短边的通道通道[6]。

对直式微通道已发现507μm矩形微通道。

c。努塞尔特数:

努塞尔特是对流换热的措施。高努塞尔特数更高的对流传热系数的值,因此将热去除率高。根据S.V.盖[3],平均努塞尔数的关系常热流底部,其他三个壁绝热加热微通道如下,

h。压降:

它提供的发生主要是由于摩擦水流通道的墙壁。数学关系可以作为[6],

(12)

四、试验装置和试验

实验装置的原理图如图2所示。设置微通道测试模块的重要元素,电脑化的蠕动泵,热电偶,加热器、水箱、水库,潜水泵,数字温度指示器,过滤器和压力传感器[9]。

工作:

水从水箱注入到油藏潜水泵的帮助。,因为提供的流量潜水泵(8600 ml / min)很高相比最大流量提供的蠕动泵(BT600L)(0.006 - 2300毫升/分钟),速度精度0.1 rpm,精度0.5%。因此,排水港口提供的储层水平下方进气口。排水端口也可以保持恒定的目的。水从上游水库由蠕动泵泵。水过滤的过滤器安装在蠕动泵和多方面的。廖由丙烯酸材料拿着散热器安全地在透明度良好的审美观点。散热器上的盖板上表面形成封闭式微通道。硅房地产保持防漏密封胶密封。基于管直径和泵的流量使用RPM得到所需的流量。 Water from the peristaltic pump flows to the manifold and then finally passes to the tank. Inlet plenum is manufactured in such a way that the air should be removed from the manifold during the flow. For getting the temperature readings at different location, thermocouples (K Type) are mounted at inlet plenum, outlet plenum, heater surface, and substrate. Thermocouple wires are connected to the digital temperature indicator of range 0 to +200°C with resolution of 0.01°C and accuracy ± 0.5% of range ± 1°C from 0 to +200°C to get the direct temperature reading.

寻找压力降穿过微通道两个港口提供的压力。一个端口是在进气室和其他出口静压箱。在微通道压降测量差压计的帮助下理想的适用于测量范围在0到100 hPa的压力。服务735的差压测量温度补偿准确读数。数据可以显示在帕斯卡在整个测量范围。磁铁的仪器支持免提操作,这些压力之间的连接在港口。测试模块包含微通道散热器、住房、盖板和2筒加热器加热的衬底。2筒加热器的使用70 W,两个直径9毫米的洞中钻出较低部分的散热器,以适应筒加热器。他们从底部一侧插入到衬底加热器的一端是非常接近的基础通道。完美的加热器和衬底之间的雷竞技网页版联系是通过热油。

加热器提供所需的电力,这些筒加热器并联连接,由直流电源单元供电,功耗的筒加热器被瓦特表测量。数字电压表和电流表的帮助下计算电力提供给加热器。恒定的热通量的实验研究应用散热器的底部表面和其他三个表面被认为是绝热的。实验结果与理论预测相比都从文学和数值模拟得到的结果在相同的热边界条件在进口和出口处标微通道。实验设置的CAD模型,如图3所示。他的工作是上面的段落中描述的一样。

诉的讨论结果

从图5.1,可以看出高流速实验值接近的理论结果并与图p·s·李等。[5]这是画通过使用相关的期刊论文。传热损失周围的大气辐射和传导损失通过丙烯酸不考虑计算的理论传热系数。因此,理论和实验值之间存在偏差。

从图5.2可以看出实际压降比理论上获得价值。差值,压降测量整个只有微通道管汇和理论计算值。增加压降是由于扩张和收缩水总管。也比较p·s·李等。[5]期刊论文。

从图5.3,可以看出与雷诺数的增加热阻的实验,理论和p·s·李等。[5]画的图相关的期刊论文,实验值比理论。这是发生由于微通道热供应增加和进口和出口之间的温差水微通道的减少,因此根据传导傅立叶定律和牛顿冷却定律热阻随着雷诺数的增加减少。

从图5.4可以看出已故随着雷诺数的增加,摩擦系数与p s相比这是李et al。[5]期刊,它发生的,因为薄边界层开发的微通道表面被水增加和时间花在微通道减少随着雷诺数的增加。由于摩擦层的水,这是发生在低雷诺数高与高雷诺数。

六。结论

1。发现实验确定雷诺数对于低于预测的理论分析。

2。从实验和理论结果,可以得出结论,直接微通道散热器提供了更好的结果在雷诺数从400年到450年之间的流量在320毫升/分钟和350毫升/分钟。

3所示。微通道散热器散发大量的热量和相对较少的表面温度上升。

4所示。随着雷诺数的增加;传热系数、压降和抽运功率增加而热阻和摩擦系数降低。

5。提高微通道热沉的传热,同时有必要研究各种参数的影响大小的通道,通道的形状,流体性质、雷诺数、摩擦系数、压降、泵功率等。

6。微通道中,h局部传热系数随通道尺寸,截面的通道,通道的形状,流体性质和流体流动的安排。

7所示。发现实验确定努塞尔特数对于低于预测的理论分析。

命名法

h =传热系数

一个=传热表面积

Dh =水力直径

导热系数k =

ν=努塞尔特数

公关=普朗特数

Re =雷诺数

一个著名¹=质量流率

u / v / w / v =速度

T =温度

P = Perimeterρ=密度

Cp =定压比热容

μ=动态粘度

α=长宽比

f =摩擦系数

ΔP =压降

就是=通道宽度

Ww =鳍宽度

Hch =通道高度

N =数量的通道

仅仅=热阻

Ppump =泵功率

Q =放电

阿宝=泊肃叶数

Hsub =衬底的高度

海德拉巴=水动力/水动力地

=热/热

妇幼保健=微通道热沉

c =截面

C1, C2, C3, C4 =常数

avg。=平均

引用

d . b . Tuckerman和r·f·w·皮斯“超大规模集成的高性能热沉没”,IEEE电子器件信,2卷,没有。5、1981年5月,页126 - 129。
哈桑,p . Phutthavong m . Abdelgawad”微通道散热器:先进的概述”,微尺度热物理的Eng.8, 183 - 205年,2004页。
c·b·索班和S.V.盖”,比较分析的研究对于微通道传热和流体流动”,微尺度热物理的Eng。5, 293 - 311年,2001页。
密度Kandlikar j•格兰德,“评估单相流对于高热流芯片冷却热工水力性能增强和制造技术”,传热Eng。,25卷,不。8日,5-16,2004页。
注:李,S.V.盖瑞,刘,“调查”矩形式微通道的传热,Int。j .热传质48岁,1688 - 1704年,2005页。
Satish g . Kandlikar”、传热和流体流动Minichannels式微通道”,爱思唯尔有限公司,2006年版。
注:李和S.V.盖瑞,”热的发展在直角式微通道的流动与传热不同纵横比”,Int。j .热量为我国质量。49岁,3060 - 3067年,2006页。
沙和伦敦,“在强制对流层流管”,学术出版社,纽约,1978年。
Shekhar d . Thakre v . b .阁下,p·d·Malwe“电子设备冷却系统使用微通道热沉”,热技术的国际期刊,卷4,问题1,pp.58-60, 2014年。
Shekhar d . Thakre v . b .阁下,”通过直接传热特性分析和波浪状的矩形截面微通道热沉”,国际工程杂志Associates卷3,问题1,54-58,2014页。