[发明专利]一种基于多孔介质模型体积平均的微通道散热器热性能评价方法

说明书

本发明涉及一种基于多孔介质模型体积平均的微通道散热器热性能评价方法。所述方法包括如下步骤：S1：根据微通道散热器的实际尺寸画出三维模型图，并进行网格划分；S2：将网格文件导入仿真计算软件，选择多孔介质模型，自定义体积平均控制方程，设置物性参数、边界条件和求解器，完成仿真计算得到微通道壁面平均温度T_wall和流体平均温度T_bulk；S3：根据微通道壁面平均温度T_wall、流体平均温度T_bulk、修正热流密度q_m，计算得到微通道散热器的间隙换热系数h。

技术领域

本发明属于微通道散热器评价领域，具体涉及一种基于多孔介质模型体积平均的微通道散热器热性能评价方法。

背景技术

随着社会的进步，电子元件朝着微小方向发展，而电子元件的热流密度却持续升高，这就导致电子元件的热量难以散去。常规的风冷方法已经不能解决微小电子元件的散热问题。微通道散热器以体积小、高传热系数等优点成为微小电子元件的散热装置。

国内外已经有许多学者对微通道散热器进行研究，他们的研究方法分为实验方法和数值模拟方法。微通道模型制作困难且成本高，实验数据收集难度大。因此，数值模拟方法以其高效、准确、方便等优点而被广泛应用与微通道散热器的研究。在采用数值模拟方法研究微通道散热器时，多选用三维共轭传热模型对微通道散热器进行模拟。但三维共轭传热模型需要处理流体与固体交界面的网格，计算量大，需要消耗大量时间。微通道散热器的分析模型及其优化模型分为计算流体动力学模型(三维共轭传热模型)和近似解析模型。进一步，将近似解析模型分为不同的模型。根据其精度的增加顺序，近似解析模型可表示为一维阻力模型、翅片-液耦合方法I、翅片-液耦合方法II和多孔介质方法。多孔介质方法就是将微通道散热器看作是充满冷却剂的虚拟多孔介质，这相当于垂直于流体流动方向上的流动特性和热特性都是平均的，将通道内的三维流动和传热简化为沿流动方向上的一维问题，减少数值计算的时间。

因此，研究一种整体平均的多孔介质模型用于对微通道散热器进行研究具有重要的意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术微通道散热器的研究方法计算量大、耗时长的缺陷和不足，提供一种一种多孔介质模型基于体积平均的微通道散热器热性能评价方法。本发明提供的方法选用多孔介质模型，并自定义体积平均控制方程，计算量小，计算速度快，能够快速、准确得到数值计算结果。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多孔介质模型体积平均的微通道散热器热性能评价方法，包括如下步骤：

S1：根据微通道散热器的实际尺寸画出三维模型图，并进行网格划分；

S2：将网格文件导入仿真计算软件，选择多孔介质模型，自定义体积平均控制方程，设置物性参数、边界条件和求解器，完成仿真计算得到微通道壁面平均温度T_wall和流体平均温度T_bulk；

体积平均定义为：

k_se＝(1-ε)k_s；k_fe＝εk_f；

其中，φ_f表示流体区域的体积平均，φ_s表示固体区域的体积平均，ε表示孔隙率，w_c是单个微通道的宽度，w_w是相邻两个微通道的间距，W是整个微通道散热器的宽度，k_se,k_fe分别表示固体和流体的有效导热系数；

S3：根据微通道壁面平均温度T_wall、流体平均温度T_bulk、修正热流密度q_m，其中q为微通道散热器基底热流密度，n为散热器中通道的个数，计算得到微通道散热器的间隙换热系数h：