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微流道散热器的结构紧凑、比表面积大,因此散热效率高,可以满足电子芯片日益增长的散热需求,现已被广泛应用于微机电系统中。微流道作为散热器内部介质输运的载体,研究其流动和传热性能对微流道散热器的结构设计和散热效率的提高具有重要意义。由于微流道的尺寸在微米级,在宏观尺寸流道的研究中可以忽略的表面质量等因素对微流道内的性能会产生较大影响,必须加以考虑。本文主要从微流道的表面粗糙度、表面微结构和流动介质三个方面开展流动性能和传热性能的研究。首先,基于分形几何法,建立矩形微流道的内表面粗糙度模型。采用微注塑成型法,制作多种尺寸的微流道,并采用共聚焦显微镜进行微流道底面粗糙度的测量,显示粗糙度尺度在微米级,与流道尺寸在同一数量级,因此粗糙度对微流道内流动和传热性能的影响不能被忽略;利用分形几何法,建立微流道内表面粗糙度模型,并与粗糙度的测量结果进行比较,误差在10%以内。其次,研究微流道底面粗糙度对流动和传热性能的影响,揭示表面粗糙度与微流道内流动和传热性能参数的内在关系。通过改变分形参数建立不同表面粗糙度的微流道模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究小雷诺数时流道尺寸、表面分形维数以及表面相对粗糙度对摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等微流道内流动和传热性能参数的影响。结果表明,表面粗糙度可以提高微流道内的传热性能,并且粗糙度越大,流动性能越差、传热性能越好。然后,研究微流道底面微结构对流动和传热性能的影响,揭示微结构参数与微流道内流动和传热性能参数之间的内在联系。建立底面带有微结构的微流道三维模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究微结构的类型(立方体形、圆柱形、圆锥形)和高度(4-6μm)对微流道内的摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等流动和传热性能参数的影响。结果表明,微结构的类型和高度均会影响流动和传热性能;随着微结构高度的增加,流动性能被削弱,传热性能被增强;立方体形、圆柱形、圆锥形微结构都能促进微流道内的传热性能,其中圆柱形微结构对传热性能的提升效果最优,在所研究工况下4μm高圆柱形微结构具有最优的水-热综合性能。最后,采用两步法配制纳米流体,研究纳米流体对带有微结构的微流道内流动和传热性能的影响,揭示流动介质与微结构对微流道内流动和传热性能的综合作用机制。采用两步法配制分散均匀、稳定的Al2O3纳米流体,研究纳米流体的热物理性质,随着体积分数的增加,纳米流体导热系数增加;借助数值仿真和实验相结合的方法,研究不同体积分数Al2O3纳米流体在带有微结构的微流道内流动和传热性能,研究体积分数对摩擦因数f和平均努塞尔特数Nuave的影响规律。结果表明,纳米流体对传热性能的促进作用远远高于其对流动性能的阻碍作用,与纯水流过光滑微流道相比,在纳米颗粒和微结构的综合影响下,微流道内的传热性能得到大幅度提高。