微通道散热单元散热特性数值优化分析

基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热分析与优化电子机箱大功率模块散热分析与优化是电子产品设计中非常重要的一环，它直接影响到电子产品的稳定性和性能。

而在这一过程中，Icepak是广泛应用的一种散热分析软件，它可以有效地模拟和优化电子产品的散热性能。

本文将以某电子机箱大功率模块为例，介绍基于Icepak的散热分析与优化过程。

一、问题描述某电子机箱大功率模块在工作过程中会产生大量的热量，如果散热不好，就会导致温度过高，从而影响到电子产品的稳定性和寿命。

需要对该模块的散热性能进行分析和优化。

二、Icepak的使用Icepak是由美国Ansys公司开发的一种专业的散热分析软件，它基于有限元分析理论，可以对复杂的散热系统进行精确的模拟和优化。

在使用Icepak对某电子机箱大功率模块进行散热分析时，首先需要建立模块的三维模型，然后设置散热模拟参数，并进行计算和优化。

三、模块建模建立模块的三维模型是散热分析的第一步，通过CAD软件可以将模块的结构和材料信息导入到Icepak中，然后对模块的内部结构进行网格划分，以便进行热传导和流体流动的模拟。

四、散热模拟参数设置在进行散热模拟时，需要设置不同的散热模拟参数，包括环境温度、散热介质的传热系数、风扇转速等。

这些参数会直接影响到散热性能的模拟结果，因此需要根据实际情况进行合理的设置。

五、热传导和流体流动模拟通过Icepak可以对模块的热传导和流体流动进行精确的模拟，从而得到模块在不同工作条件下的温度分布和流体流动情况。

通过对这些数据的分析，可以找出模块散热不良的部分，并进行优化。

六、优化方案通过对模块的散热性能进行分析，可以得出一些优化方案，比如增加散热片的数量和面积、改变风扇的位置和尺寸、改进散热介质的传热性能等。

通过Icepak软件可以对这些优化方案进行模拟和评估，从而选择出最合适的优化方案。

七、模拟结果验证在进行了一系列的模拟和优化后，需要对模拟结果进行验证，可以通过对实际模块进行散热测试，然后将测试结果与模拟结果进行对比。

微通道液冷散热技术及应用引言：在如今高性能电子设备越来越小型化、集成化的背景下，散热问题成为制约其发展的重要因素。

传统的散热方式已经无法满足高性能电子设备的需求，因此微通道液冷散热技术应运而生。

本文将介绍微通道液冷散热技术的原理和应用，并探讨其优势和未来发展前景。

一、微通道液冷散热技术的原理微通道液冷散热技术是一种通过微细通道将流体导入至电子设备的散热部件，利用流体的传热性能来实现散热的技术。

其原理是通过微通道内的流体与散热元件接触，将散热元件的热量传导到流体中，然后通过流体的流动将热量带走，从而达到散热的效果。

微通道液冷散热技术的热传导速度快、散热效果好，能够有效解决高性能电子设备散热困难的问题。

二、微通道液冷散热技术的应用微通道液冷散热技术在多个领域具有广泛的应用前景。

首先，在计算机领域，微通道液冷散热技术可以用于处理器、显卡等高性能设备的散热。

相比传统的风冷散热方式，微通道液冷散热技术能够更加高效地将热量带走，提高设备的工作效率。

其次，在光电子领域，微通道液冷散热技术可以用于激光器、光通信设备等光电子器件的散热。

由于光电子设备的工作过程中产生大量热量，传统的散热方式效果有限，而微通道液冷散热技术能够有效地降低设备的温度，提高设备的稳定性。

此外，微通道液冷散热技术还可以应用于电动汽车、航空航天等领域，提高设备的性能和可靠性。

三、微通道液冷散热技术的优势微通道液冷散热技术相比传统的散热方式具有多个优势。

首先，微通道液冷散热技术能够实现高效的热传导和热扩散，提高散热效果。

其次，微通道液冷散热技术的散热部件体积小、重量轻，适用于高性能电子设备的紧凑空间。

此外，微通道液冷散热技术还可以实现模块化设计，方便维护和升级。

综上所述，微通道液冷散热技术在散热效果、体积重量和设计灵活性等方面具有明显的优势。

四、微通道液冷散热技术的未来发展前景微通道液冷散热技术是目前解决高性能电子设备散热难题的有效手段，其未来发展前景广阔。

散热模拟分析报告引言散热是电子设备设计中一个重要的问题，有效的散热设计可以提高设备的性能并延长使用寿命。

为了进行散热设计的优化，我们必须对设备的散热性能进行模拟分析。

本报告旨在针对某个特定的设备进行散热模拟分析，并提供相关的结果和建议。

设备描述在本次散热模拟分析中，我们选择了一台高性能计算机。

该计算机具有以下主要组件： - 中央处理器（CPU） - 显卡（GPU） - 内存（RAM） - 硬盘 - 散热器 - 风扇模拟方法为了模拟设备的散热性能，我们使用了计算流体力学（CFD）方法，该方法是一种广泛应用于工程领域的模拟方法。

通过利用CFD软件，我们可以对设备的散热性能进行全面的分析。

模拟结果我们对设备的散热性能进行了多重模拟实验，并得到了以下结果。

温度分布通过模拟实验，我们得到了设备表面的温度分布图。

根据温度分布图，我们可以确定设备的热点位置。

热点位置通常是设备最容易产生过热的区域，需要采取相应的散热措施。

散热器效能我们还模拟了不同散热器效能的情况下，设备的散热性能。

通过对比不同散热器效能下设备的温度分布，我们可以评估散热器的效果并选择最适合设备的散热器。

风扇转速另外，我们还研究了风扇的转速对设备散热性能的影响。

通过模拟实验，我们得到了不同风扇转速下的设备温度分布，并确定了最佳的风扇转速。

结果分析根据我们的模拟结果，我们得出了以下结论。

设备热点位置通过温度分布图，我们确定了设备的热点位置为CPU和GPU。

在设计散热方案时，我们应重点考虑这两个部件的散热需求。

散热器效能模拟实验表明，散热器的效能对设备的散热性能有明显的影响。

选择高效的散热器可以降低设备的温度，提高性能和稳定性。

风扇转速风扇的转速也对设备的散热性能起重要作用。

通过调整风扇转速，我们可以控制设备的温度，并保持在合理的范围内。

建议根据我们的分析结果，我们提出以下建议：1.选择高效的散热器：在设计散热方案时，应优先选择高效的散热器，以提高设备的散热性能。

歧管式射流微通道液冷散热性能
刘帆;张芫通;陶成;胡成玉;杨小平;魏进家
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2024(75)5
【摘要】随着信息技术进步,芯片向大面积、高功率方向发展,对热管理提出了严峻挑战。

微通道液冷能够解决高功率芯片散热难题,但传统平直微通道热沉流阻大、温度均匀性差。

提出了一种耦合歧管式进出液结构、分布式射流和微针翅的新型歧管式微通道散热器,在平均热通量高于330 W/cm^(2)、总功率达到2500 W时,芯片平均温度低于70℃,实现了高效散热。

通过数值模拟发现:降低散热器射流腔高度可显著强化传热,但整体压降也随之陡升,存在一个最佳射流腔高度;散热器底板的微针翅尺寸及其与射流腔的相对尺寸是新型歧管式微通道散热器的重要结构参数,微针翅的存在并不是绝对有益于传热强化。

定义了微针翅与射流腔之间相对高度的无量纲参数——翅占比,存在临界翅占比使得阻碍效应和强化效应相抵消,当翅占比高于这一临界值时才能达到强化换热效果。

本研究为新型歧管式微通道散热器的设计提供了指导。

【总页数】10页(P1777-1786)
【作者】刘帆;张芫通;陶成;胡成玉;杨小平;魏进家
【作者单位】中兴通讯股份有限公司;西安交通大学化学工程与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.8
【相关文献】
1.典型微通道液冷冷板散热性能试验研究
2.基于双层分形微通道的液冷板散热性能分析
3.分级歧管微通道阵列散热器流动与散热特性研究
4.微通道液冷冷板散热特性研究
5.锂电池微通道液冷板散热性能分析
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微流道内流体流动特性和传热性能研究微流道散热器的结构紧凑、比表面积大,因此散热效率高,可以满足电子芯片日益增长的散热需求,现已被广泛应用于微机电系统中。

微流道作为散热器内部介质输运的载体,研究其流动和传热性能对微流道散热器的结构设计和散热效率的提高具有重要意义。

由于微流道的尺寸在微米级,在宏观尺寸流道的研究中可以忽略的表面质量等因素对微流道内的性能会产生较大影响,必须加以考虑。

本文主要从微流道的表面粗糙度、表面微结构和流动介质三个方面开展流动性能和传热性能的研究。

首先,基于分形几何法,建立矩形微流道的内表面粗糙度模型。

采用微注塑成型法,制作多种尺寸的微流道,并采用共聚焦显微镜进行微流道底面粗糙度的测量,显示粗糙度尺度在微米级,与流道尺寸在同一数量级,因此粗糙度对微流道内流动和传热性能的影响不能被忽略;利用分形几何法,建立微流道内表面粗糙度模型,并与粗糙度的测量结果进行比较,误差在10%以内。

其次,研究微流道底面粗糙度对流动和传热性能的影响,揭示表面粗糙度与微流道内流动和传热性能参数的内在关系。

通过改变分形参数建立不同表面粗糙度的微流道模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究小雷诺数时流道尺寸、表面分形维数以及表面相对粗糙度对摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等微流道内流动和传热性能参数的影响。

结果表明,表面粗糙度可以提高微流道内的传热性能,并且粗糙度越大,流动性能越差、传热性能越好。

然后,研究微流道底面微结构对流动和传热性能的影响,揭示微结构参数与微流道内流动和传热性能参数之间的内在联系。

建立底面带有微结构的微流道三维模型,借助数值仿真和实验相结合的方法,研究微结构的类型(立方体形、圆柱形、圆锥形)和高度(4-6μm)对微流道内的摩擦因数f、底面平均温度Tave以及平均努塞尔特数Nuave等流动和传热性能参数的影响。

结果表明,微结构的类型和高度均会影响流动和传热性能;随着微结构高度的增加,流动性能被削弱,传热性能被增强;立方体形、圆柱形、圆锥形微结构都能促进微流道内的传热性能,其中圆柱形微结构对传热性能的提升效果最优,在所研究工况下4μm高圆柱形微结构具有最优的水-热综合性能。

1 散热器热流模型方形水冷散热器结构如图1所示。

为了简化3D计算的难度并提高2D计算的准确性，图1的三维模型可以简化为二维平面模型如图2所示。

热量Q=40W均匀向上传递到散热器。

设计领域的边长L=40mm，材料是铝和水，流体流动为不可压缩层流流动，入口边界条件为Dirichlet边界条件，其他边界均为绝热壁和非滑移边界。

图1 左边电子散热器示意图，右边二维拓扑优化设计模型2 散热器拓扑优化设计2.1 拓扑优化控制方程使用RAMP材料差值方法来优化流道结构，即在指定的边界条件下优化流道的分布。

将散热器最小热阻和最小流体压降作为拓扑优化的目标函数，然后结合有限元法和变密度法建立流体拓扑优化的数学模型。

RAMP方法将材料的相对密度γ定义为用于拓扑优化的设计变量，该设计变量表示每个离散单元的材料属性。

2.1.1 动量守恒基于不可压缩层流流动，利用连续性方程及运动方程来描述Navier-Stokes方程，方程如下：()0∇⋅=u(1)2f()pρµ⋅∇=−∇+∇+u u u f(2)其中，fρ为流体密度，u为流体速度矢量，p为压力，µ是流体动态粘度。

根据达西定律，f=uα表示体积力与速度u呈反比，方程中使用体积力模拟流体粘度对流体域和固体域的影响并用于拓扑优化计算。

α为多孔介质的反渗透率，这里引用了Borrvall和Petersson[5]提出的凸插值函数，对α进行插值：min max min1()1qαγααααγ−=+−+(3)其中，minα=0代表流体域。

maxα在本文中取值6110×，表equation and Darcy’s law, and the forced convection heat transfer equation, so as to achieve multi-objective optimization of minimizing power loss and minimizing thermal resistance. At the same time, the influence of optimized parameters on the complexity of runner layout is discussed. In addition, in order to evaluate the reliability of the model, this paper compares the error of the heat dissipation performance of the radiator under the 2D and 3D models. The results show that the average temperature difference between the two does not exceed 7℃, and the maximum pressure difference is about 4Pa, which verifies the physical validity of the model.Keywords: multi-objective; topology optimization; water-cooled radiator题中的网格依赖，因此需要对拓扑优化结果进行过滤。