微通道换热器的三维数值模拟与性能分析

"这篇论文探讨了层流流动下微通道的数值模拟，主要涉及微通道换热器的三维流动和传热模型的建立，以及利用GAMBIT和FLUENT软件进行的仿真分析。研究中，作者分析了不同尺寸矩形微通道的传热和流动特性，发现随着雷诺数(Re)的增加，温度边界层变薄，努赛尔数(Nu)增大，摩擦阻力系数减小。此外，通道的占空比对换热性能有显著影响，当占空比约为83%时，换热性能最佳。关键词包括微通道、数值模拟、换热性能和占空比。该研究针对高热流密度散热需求，指出微通道热沉的潜力，并引用了Tuckerman和Pease的早期工作作为微通道热沉分析的基础。" 本文详细介绍了层流流动下微通道的数值模拟研究，旨在解决高热流密度电子设备的散热问题。微通道技术因其紧凑的结构和优秀的传热性能，成为近年来的研究热点。论文中，研究者利用GAMBIT软件构建了微通道换热器的三维流动和传热模型，随后通过FLUENT软件进行计算流体动力学(CFD)仿真，分析了流场和温度场的变化。 研究发现，随着雷诺数的增大，流动状态从层流过渡，导致温度边界层减薄，增强了传热效率，努赛尔数增大表明换热能力增强。同时，摩擦阻力系数的降低意味着流体在微通道内的流动阻力减小，有助于提高整体的热传递效率。 此外，占空比（通道内流体区域与整个通道面积的比例）对微通道换热性能具有决定性影响。研究表明，当占空比约为83%时，热沉表面温度最低，换热性能达到最优。这说明在设计微通道时，应考虑如何优化占空比以实现最佳的热管理。同时，保持间距不变，改变占空比也会出现两个相对较高的换热性能状态，这归因于换热表面积和肋片厚度对换热性能的复杂相互作用。 微通道热沉的概念最初由Tuckerman和Pease在1981年提出，他们的工作奠定了后续研究的基础。他们的分析指出，在充分发展的层流条件下，传热系数与通道的水力直径成反比，这一理论至今仍被广泛引用。通过微通道热沉，可以有效处理大功率器件产生的高热流密度，已有许多实验验证了其优越的散热效果。 这篇论文通过数值模拟深入研究了微通道的流动和传热特性，为微通道热沉的设计提供了重要的理论依据和参考，对于提升电子设备散热效率具有重要意义。未来的研究可能会进一步探索更多复杂的微通道几何形状和不同的工作流体，以适应更广泛的应用场景。