扇形凹穴型微通道液體流動與傳熱特性的數值模擬

柴 磊，夏國棟，周明正，楊瑞波

(北京工業大學環境與能源工程學院，100124北京，chailei@emails.bjut.edu.cn)

隨著微機電系統的發展及微加工技術的日臻完善，一些基于不同傳熱機理、設計新穎、性能優越的微型熱沉不斷涌現，扇形凹穴型微通道熱沉便是其中的一種.扇形凹穴的設計，使微通道分為等直徑段和弧形段，流體在反復改變速度和壓力梯度下流動，使邊界層不斷地中斷和再發展.同時傳熱面積增大，傳熱效果顯著提高.因此，扇形凹穴型微通道熱沉在強化微尺度傳熱方面具有明顯的優勢.微通道熱沉的定義最早由 Tuckerman等［1］于1981年提出，其設計的微通道熱沉最大熱流密度可達7.9 MW/m2，而熱沉底面與進口流體溫差不超過71℃.文獻［2-4］研究了微通道內流體的流動特性.文獻［5-7］研究了微通道內流體的傳熱特性，并對各自的微通道熱沉幾何結構進行優化設計.文獻［8-10］研究了粗糙度對流體流動和傳熱特性的影響.文獻［11-13］研究了流體物性隨溫度變化對流體流動和傳熱特性的影響.然而關于微通道內流體流動與傳熱特性的研究主要集中在等截面微通道范疇內，而對于截面周期性變化的凹穴型微通道尚缺乏相關的報道.本文采用Fluent三維雙精度和非耦合隱式求解器以及SIMPLEX算法模擬扇形凹穴型微通道(Fanshaped reentrant cavities micro-channel，FRCMC)熱沉和等截面矩形微通道(Conventional rectangular micro-channel，CRMC)熱沉內流體的流動和傳熱特性.采用有限體積法求解N-S方程和能量方程，得到流體的流動和傳熱特性參數.

1 數值模擬

1.1 數值模型

扇形凹穴型微通道和等……