论文部分内容阅读
水冷散热器由于具有结构简单、成本低廉等优点，成为电子设备使用最广泛的散热设备，因此，对水冷散热器进行深入研究和开发具有重要意义。本文借助于 COMSOL Multiphysics平台，对两种水冷散热器进行了优化设计：一种适用于冷却小功率电子器件的平行通道散热器和一种适用于冷却大功率电子器件的分形交错流道散热器。主要研究内容及结论如下: ⑴建立了散热器的热流固耦合三维稳态传热模型，采用Nelder-Mead优化算法对平行通道散热器的结构参数进行优化设计，优化得到的结构尺寸为：通道个数N=13、槽宽Wc=0.23mm、通道高宽比n=7.5、基底厚度H1=0.34mm。在所研究的雷诺数范围内，优化后散热器的最高温度比优化前降低了4K左右。 ⑵借助于MATLAB程序，开发设计出了一种适用于冷却大功率电子器件的分形交错流道散热器。同平直翅片相比，分形翅片的散热性能更好，消耗的泵功更少，当热流密度在4.5×105 W/m2-7×105W/m2范围内时，分形翅片的努塞尔数提高了0.71％-0.89%，压降降低了2.34%-3.49%，在等流量和等泵功的条件下，综合性能分别提高了3.31%-4.35%和1.09%-1.43%。 ⑶采用BP神经网络，建立了一种分形翅片传热与流动性能的预测模型，预测和分析了雷诺数、翅片结构参数（厚度、间距、高度、长度）和分形次数这几个因素对分形翅片流动散热性能的影响，最后得出：为了使分形翅片发挥出最佳的综合性能，建议选用翅片厚度较薄、低阶翅片之间的间距较大、高阶翅片之间的间距较小、高度较低、长度适中的二次分形翅片。 ⑷建立了分形交错流道散热器的结构参数优化模型，以散热器等流量下的换热量最大为目标函数，对低阶翅片之间的间距Wd=4mm，翅片长度Ls=2mm，分形次数为2的散热器进行优化设计,得到的最佳翅片结构参数组合是：翅片厚度Ws=0.082mm，高阶翅片之间的间距Wx=0.133mm，翅片高度Hc=0.57mm。当雷诺数在300-1000的范围内时，同优化前相比，优化后翅片的热阻降低了0.07%-3.77%，压降降低了16.14%-22.11%，在等流量和等泵功的条件下，综合性能分别提高了20.17%-25.22%和6.32%-7.78%。