次级通道和综合障碍对弧形蛇纹石微通道散热器热性能的影响

《Heat Transfer》：Influences of Secondary Channels and Integrated Obstacles on the Hydrothermal Performance of an Arced Serpentine Minichannel Heat Sink

本研究通过ANSYS三维建模与实验验证，探究次级通道和椭圆形障碍物对蛇形微通道散热器传热与流动的影响，发现优化几何结构可显著降低压降、提高努塞尔数，其中椭圆腔体、肋片及次级通道组合的水热性能因子达1.45。

　　

摘要

本研究探讨了辅助通道和椭圆形障碍物对弧形蛇形微通道散热器联合效应的影响。通过使用三维ANSYS软件对弧形通道内的热传递和层流进行数值模拟来进行研究。实验结果用于验证数值模型的准确性。通过对蛇形通道的几何结构进行不同修改，实现了多种被动散热技术。这些修改包括采用弧形通道替代传统设计中的平行通道。弧形通道具有不同的尺寸（1毫米、1.5毫米和2毫米）和倾斜角度（30°、45°、60°和75°）。同时，研究还使用了多种障碍物，如椭圆形腔体、带肋的椭圆形腔体以及带鳍片的椭圆形腔体。实验在雷诺数恒定为20千瓦/平方米（20 kW/m2）的条件下进行。研究结果表明，数值模拟结果与实验结果吻合良好。在所有提出的被动散热方法中，辅助通道均降低了压力损失。即使添加了障碍物，在带有腔体和鳍片的AC-SCF模型中，压力损失也比传统设计降低了40%。辅助通道和障碍物的加入改善了流体流动路径，提高了热传递效率并降低了散热器的表面温度。在带有腔体和辅助通道的弧形通道（AC-SC模型）中，流动路径延长了10.5%。Nusselt数分别提高了11.4%、14.6%和17.8%。研究还发现，当辅助通道的尺寸为1毫米且相对于流动方向倾斜75°时，流体热性能系数可达到1.4；而在结合了椭圆形腔体、肋片和辅助通道的复合配置中，该系数可提升至1.45。