Experimental Investigation of the Effect of Flow Arrangements on the Performance of a Micro-Channel Heat Sink

Abstract

An experimental study is carried out to investigate the effect of entrance and exit conditions that prevail due to different flow arrangements on the thermal performance of a copper micro-channel heat sink. Three flow arrangements—U-type, S-type, and P-type—were considered for the analysis with a test piece having inlet and outlet plenum dimensions of 10 mm × 30 mm × 2.5 mm with an array of parallel micro-channels having an individual width of 330 μm and a uniform channel depth of 2.5 mm. Performance evaluations for different flow conditions at inlet and outlet plenums were made by maintaining constant heat supply at 125 W, 225 W, and 375 W with varying Reynolds number ranging from 224 to 1,121. Nusselt number and pressure drop were computed by measuring temperature difference and pressure drop across the inlet and outlet plenum for various test combinations. Maximum heat transfer was observed for the U-type flow arrangement, followed by the P-type and S-type; maximum pressure drop was noted for the S-type flow arrangement, followed by the U-type and P-type arrangements for a constant Reynolds number. A detailed analysis of the experimental results indicate that from a pressure drop point of view, the P-type flow arrangement is preferred, whereas from the heat transfer point of view, the U-type is found to be a better option.     

信号照相数字化系统在曙光—Ⅰ的诊断应用

介绍一种信号照相数字化系统及其在曙光-Ⅰ的自由电子激光试验中的诊断应用。主要由微通道板示波器、数字化相机和计算机构成的信号照相数字化系统,是一种新发展的、高性能价格比的多路单次瞬变信号的采集与处理系统。     

微槽道内气体流动的数值模拟

基于微尺度流动的滑移模型,建立了二维微槽道内气体流动的计算方法,并开发了计算程序.对相关文献中微槽道内的气体流动进行了计算,得到了压力降和速度分布剖面图,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上,进一步研究了克努森数Kn、切向动量调节系数σv及雷诺数Re对速度分布的影响.当Kn>0.001时,边界滑移速度随着Kn的增大而增大;σv的变化对滑移速度的影响十分显著,σv减小时,边界滑移速度增大;在滑流区范围内与低Re时,Re的变化对边界滑移速度的影响很小.     

多孔微槽道复合结构的强化沸腾传热性能

设计了一种多孔微槽道复合结构,首先在高温条件下通过烧结将颗粒状铜粉与基体紧密结合在一起,形成具有一定厚度的多孔层结构;再利用线切割在多孔层上加工出具有一定深度的微槽道结构.微槽道结构不仅增加了沸腾时烧结多孔层的表面积,还提供蒸汽通道来保证蒸汽在较小阻力情况下逸出,从而利于气泡脱离;同时在液体剧烈沸腾时可以提供气液两相通道,从而分离气液相对流动.文中还分析了多孔微槽道复合结构关键参数(微槽道数目、微槽道角度、槽宽和槽深等)对沸腾传热效果的影响.实验结果表明,微槽道数目越多,微槽道深度越大,气液界面接触面积越大,强化沸腾传热效果越明显.     

超薄微通道水冷铜镜的结构优化设计

采用ANSYS有限元软件对强激光作用下的超薄微通道水冷铜镜的温度场分布和热变形进行了系统模拟,研究了超薄微通道水冷铜镜的结构对镜面变形峰谷值的影响.结果表明:采用水冷可以大大降低镜面变形的峰谷值;水冷铜镜的结构对镜面变形峰谷值有很大的影响.镜面厚度、水槽尺寸以及水冷区域的大小都是重要的影响因素,其中以水冷区域的大小影响尤甚.与当今广泛使用的水冷镜不同,本研究表明水冷区域并不是越大越好,而是有一个最佳值.     

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

Influence of input electrode of micro-channel plate on opening area ratio and its improvement北大核心CSCD

微通道板作为一种关键的电子倍增器件,广泛应用于诸多领域。分析了NiCr膜层作为微通道板的输入端电极时,对微通道板开口面积比的影响,建立了理论模型,计算了膜层厚度、镀膜深度等参数对开口面积比的影响。开展了2种减小开口面积比损失的镀膜研究:一是进行工艺调整,减弱合金蒸发的分馏效应,降低电极膜层的电阻率,开口面积比损失量降低约2%;二是改变镀膜方式,使用Ni、Cr金属单质镀制叠层薄膜,在镀膜过程中调控镍、铬的比例,将输入端电极中镍比例升高,同样可以降低电极膜层的电阻率,在满足面电阻要求的前提下,可减薄输入端膜层至86 nm,与300 nm厚度的常规镍铬合金膜层相比,MCP输入端的开口面积比损失量降低3%~4%,MCP增益提升6%。     

电渗驱动微通道流中的扩散

利用差分方法对电渗驱动微通道中的脉冲样品的浓度扩散进行了数值模拟,结果说明外加电场和缓冲液浓度对样品的扩散起着重要的作用,而水力直径及其通道的高宽比对扩散的影响甚微．采用减小外加电场和减小缓冲液浓度的办法,可以防止样品带宽的增大、增强检测和分离的效果,同时又保持比较快的输送速度．该结论对于微通道的优化设计具有参考价值．     

压缩性和稀薄性对微通道气体流动换热的影响

本文对于微通道内稀薄气体二维可压缩滑移流动建立了数学模型,采用连续介质流动控制方程与壁面速度滑移和温度跳跃边界条件相组合描述该问题,并利用SIMPLE算法求解,所得结果与文献进行了对比,在相同条件下得到了较高的一致性.文中利用该计算模型的计算结果分析了气体的压缩性和稀薄性对微通道气体流动的影响,结果表明在所计算工况下稀薄性的影响更大。     

二维微槽道内的流动模拟

直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)通过计算机跟踪仿真分子的运动,求解稀薄气体流动规律.选用硬球模型模拟仿真分子间的碰撞,编写DSMC的计算程序,模拟处于滑流和过渡流动领域的二维微槽道内气体流动.结果表明,气体流动在边界附近出现速度滑移和温度跳跃.计算结果和理论值相吻合.