Fluent薄层异型流动射流冲击冷却装置的设计计算(2)
3.3.1 表面温度分布 15
3.3.2 表面对流换热系数分布 18
3.3.3 速度场分布 19
4 改进与展望 21
致 谢 23
参 考 文 献： 24
1 绪言
1.1 应用背景与研究意义
电子器件的散热是电子行业发展的瓶颈之一，怎样设计出高效节能的散热装置和设备显得极为重要，也是研究的热点。当今的许多大型的电子器件的冷却系统上大多采用空气冷却技术和液体冷却技术，液体冷却技术能够在局部产生较高的的对流换热系数，具有较强的对流换热效果。所以是解决电子器件等高热流密度散热问题高效的方法。射流冲击是液体冷却的一种方式，冲击射流冷却技术因能在局部产生极高的换热系数，被认为是解决未来局部高热流密度冷却问题的首选技术之一。射流冲击的基本原理是利用一定形状的喷嘴在压差的作用下直接将冷却流体喷射到换热表面上，在射流冲击的冲击表面上会形成很薄的速度边界层，具有极高的传热效率。和传统的散热方法相比，射流冷却对流换热系数要高出很多甚至是一个数量级。但是随着电子产品集成和功耗密度的不断提高，受工况和高性能等的严格要求，对冷板的要求越来越高，一方面要求冷板具有极强的冷却性能、等温性和高耐压性，另一方面冷板的厚度和质量也受到严格的限制。
1.2 射流冲击的相关理论研究
1.2.1 单射流冲击理论
单射流冲击理论是射流冲击理论研究的基础，对单射流理论的深入研究对推动射流冲击理论的发展具有重要的作用。图1-1是射流冲击流场的基本分区，共分为，射流核心区、混合区、自由射流区、冲击区和壁面射流区五个区。
1-1冲击射流流场的基本分区
国外最早进行射流冲击换热实验研究的学者有Gardon和Cobonpue[1]，他们主要研究平均换热系数和局部换热系数在冲击面上的变化，他们另外还研究了喷射距离与喷射直径比对对流换热效果的影响。
而国内比较早开始研究液体射流冲击冷却的学者有马重芳[2]等。液体的射流冲击冷却效果与冷却液有很大的关联，所以冷却液的特性研究很重要。他与不同的研究人员分别以 FC-72、变压器油、R-113以及水作为冷却工质，分别对自由表面与受限浸没情况下的圆形喷射冲击冷却现象进行了研究，分别在不同的雷诺数下测量了驻点的对流换热系数，得出了对流换热系数的径向分布，分析了雷诺数和喷射高度对对流换热系数的影响，并利用最小二乘法拟合不同情况下的实验数据，得出了一系列不同条件下 Nu、Re 和 Pr 之间实验关联式。
提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属，非金属或聚合物固体粒子。Maxwell[3]首先证实了在液体中加入固体颗粒可以提高流体的导热系数,强化流体的换热性能，李强，宣益民[4]在国内首先进行了纳米流体射流冲击冷却技术的研究。将具有高传热系数的Cu一水纳米流体作为冷却工质应用于射流冲击冷却技术，设计并搭建了射流冲击冷却系统，并测试了该系统的对流换热性能和压降,研究了纳米粒子体积份额对冷却系统的影响。入口速度以及喷射高度对系统换热性能的影响，实验结果表明，在液体中添加纳米粒子可以提高冷却液的换热性能，实现强化换热。增加射流速度,选取合适的喷射高度可以有效提高射流冲击冷却效果，且在冷却液中添加少量纳米粒子并未引起系统压降的明显变化。
对于纳米流体冷却液的研究进一步还有于峰[5]，他进行了纳米流体冲击射流的流动与换热特性研究。制备纳米流体进行悬浮稳定性实验，研究了纳米流体冲击射流的流动和换热特性，提出了计算悬浮有金属纳米粒子的纳米流体冲击射流换热系数的关联式。夏国栋[6]等人也在微阵列喷射、水基银离子喷射和针肋射流等方面做了大量研究，得出向冷却工质中添加纳米粒子可以提高射流冲击冷却的对流换热系数、针肋高度影响液体射流冲击冷却的换热效果的结论。
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