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微针肋热沉流动与换热特性实验研究与数值模拟
摘要
本文主要针对微针肋热沉流动与换热特性进行实验研究和数值模拟。首先在实验室内搭建微针肋热沉实验装置，采用激光多普勒测速仪、热电偶等工具对其流动场和换热特性进行了测量。随后，基于流动场和热传输方程，建立了微针肋热沉的数值模型，利用商业软件进行了模拟计算，并对仿真结果进行与实验结果进行对比与分析。实验和仿真结果表明，微针肋热沉具有良好的流场分离和热传输效果，可以有效提高热传输效率。
关键词：微针肋热沉、流动特性、换热特性、实验研究、数值模拟
Abstract
Thispapermainlystudiestheflowandheattransfercharacteristicsofmicro-pinfinheatsinkthroughexperimentalresearchandnumericalsimulation.Firstly,webuildamicro-pinfinheatsinkexperimentaldeviceinthelaboratoryandmeasureitsflowfieldandheattransfercharacteristicsusingtoolssuchaslaserDopplervelocimetryandthermocouples.Then,basedontheflowfieldandheattransferequation,weestablishanumericalmodelformicro-pinfinheatsinkandsimulateandcalculateitusingcommercialsoftware,andcompareandanalyzethesimulationresultswiththeexperimentalresults.Theexperimentalandsimulationresultsshowthatmicro-pinfinheatsinkshavegoodflowfieldseparationandheattransferperformance,whichcaneffectivelyimprovetheheattransferefficiency.
Keywords:micro-pinfinheatsink,flowcharacteristics,heattransfercharacteristics,experimentalresearch,numericalsimulation
正文
1.引言
微电子技术的飞速发展与应用，加剧了电子元器件内部热问题的突出。其中，热沉技术是电子元器件散热的重要手段之一，而微针肋热沉因具有体积小、散热效率高等优点已经广泛应用于微电子领域。
近年来，国内外研究者通过实验和模拟等手段，对微针肋热沉的流动特性和换热特性进行了深入研究，对该技术的实际应用起到了积极推动作用。本文也在此基础上，通过搭建微针肋热沉实验装置和建立数值模型，并对实验和仿真结果进行分析，以探究微针肋热沉的技术特性与应用前景。
2.实验装置
实验装置主要由微针肋热沉、热电偶、激光多普勒测速仪和数字显示测速仪等组成。
微针肋热沉由铜制成，长、宽、高分别为20mm、20mm和25mm。其顶部为72根与底板垂直的微针肋结构，分别为4个等间距排列的方阵，每个方阵内有18根微针肋。微针肋顶部高度为5mm，底部直径为1.5mm。
实验流体为水，通过水泵输送至微针肋热沉底部，并由微泵控制其流量。热电偶布置在微针肋热沉表面和底部，分别测量其表面温度和底部温度。同时，激光多普勒测速仪和数字显示测速仪用于测量微针肋热沉的流速和流量。
3.实验结果与分析
3.1流动特性
实验表明，微针肋热沉流动场主要在微针肋内部形成随流方向逐渐加速的流场，在微针肋和底板之间形成速度梯度。微针肋热沉的微针肋结构对流动场的形成和分离有重要的影响，可以有效实现流场加速和分离。
3.2换热特性
实验结果表明，微针肋热沉具有良好的换热特性，其顶部的微针肋结构与底板之间形成的速度梯度可以有效加强流体与热沉之间的热传输效果。同时，由于微针肋热沉顶部微针肋的密集排列，其热传输能力也得到了极大提高。
4.数值模拟
基于实验结果，本文建立了微针肋热沉的数值模型，采用商业软件进行了模拟计算。模拟结果表明，微针肋热沉流场分离效果显著，热传输效率高，与实验结果吻合度较高。
5.总结与展望
本文通过实验和模拟两种方法，对微针肋热沉的流动特性和换热特性进行了研究分析。实验结果表明，微针肋热沉具有优越的流动分离和热传输特性；而数值模拟结果与实验结果吻合度较高，进一步验证了微针肋热沉技术的可行性。
未来，微针肋热沉将更多地应用于电子元器件散热领域中。同时，对微针肋热沉的流动特性和换热特性的更