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6.3翅片式微通道的传热计算

日期：2022-01-11 01:29:36点击：181

6.3翅片式微通道的传热计算
63.1分析条件和结构说明
本节所讨论的微通道是指由翅片组成的宽度在1 mm左右的微小通道。翅片微通道散热器的结构如图6. 3. 1所示。构成微通道的翅片与吸热基板加工在一起，翅片的存在可显著地增强微通道的传热效果。由于微通道的流通截面很小，因而通道内的换热系数很高，可使散热量大幅提高。在以水为传热介质的情况下，微通道基板的热流密度可高达 50 ~ 100 W/cm²,基板吸热表面的温度差可小于1℃，特别适用于要求高热流密度和高等温性的元器件的散热。
图6.3. 1矩形微通道
微通道散热器一般由硅或铜材料制成，基板的厚度一般为2 mm.翅片的厚度约 1 mm,翅片高度，即微通道的高度，可适当高一些，可取5 - 10 mm_o由于通道的宽度很小，与电子元件相接触的基板表面要求有极高的平整性，因而，要用特殊的工艺加工制造。

此外，为了保证介质在通道内的流动速度和进出口温度•要采用相关的附属设备加以保证和控制。
由翅片组成的微通道，由于其优异的传热特性而广泛应用于电子器件的冷却散热中其典型的结构形式是由翅片所组成的二维矩形通道，如图6.3.1所示。图中，矩形翅片的厚度为t,高度为H，每个通道的宽度相等,宽度为W,介质在通道内的流动长度为L.
每个通道的流通截面为HW假定上部的通道盖板与翅片上表面是连接在一起的，也具有散热功能，每个通道中的换热周界的长度为

，则每个微通道的当量直径为

为了进行微通道的传热讨■算，在结合实际应用的基础上，提岀下列计算条件：
(1 )假定微通道内的流动和传热不受“微尺寸效应”的影响.可以按宏观理论和实验公式计算通道内的换热和阻力。根据相关文献的介绍，对于液体的单相流动，只有当通道的当量直径

时，才考虑微尺寸效应。目前应用中选用的通道尺寸往往大于这一数值。
(2) 不考虑微通道的“入口段效应”。
按管内对流换热理论,在入口段的换热系数高于人口段后面的有稳定流态的换热系数. 不考虑入口段的影响，使计算的换热系数数值偏低，因而使微通道的性能评价偏于安全：
(3) 不考虑表面粗糙度对流动和传热的影响：
(4) 不考虑通道内毛细力的影响，因通道内的强制对流远远大于毛细力的影响
(5) 微通道中流体的流动和换热可以应用一般的相应关联式进行计算
(6) 为讨论方便，选取4种型号的微通道断面尺寸作为计算依据，见表6. 3. I
表6.3.1微通道尺寸及当量直径

型号	通道宽度 W/mm	通道高度 H/mm	通道截面积 HxW///mm²	当量直径 / 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) 通道基板面积等于被冷却元件的散热面积，周围绝热，热流方向垂直于基板表面。
在上述计算条件下,重点讨论介质为水的紊流微通道的传热计算和层流微通道的传热计算，此外，也给出了以空气为介质的微通道的传热特性。

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