专利名称：用于研究分析微槽平板热管传热性能的数学建模方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于研究电子器件散热用的微槽平板热管传热性能的数学建模方法，可应用该方法的技术领域包括太空的热控制、电子器件的散热及生物医学等领域。
背景技术：
随着微电子技术的发展，IC芯片集成度按摩尔定律呈每两年翻一倍的速度增长， 使得芯片热流密度提高，散热空间减小。为了电子器件的冷却，1984年，提出了微热管的概念。而管式微热管由于受热面积和冷却面积的局限性制约了其在微电子冷却方面的进一步发展，微槽平板热管已成为热管研究和开发的重点。微槽平板热管虽然结构简单，但内部发生的物理过程十分复杂，如工质的相变换热，液态和汽态工质在管内的粘性流动；汽液界面上由于两相流体高速反向流动产生的剪切力作用；沿轴向和径向热管壳体的导热问题等，有些机理未能达成共识。目前对微热管的研究集中在理论和实验两大块，理论上研究以建模为主。但也存在着不足之处如对热管内液体拥塞段长度，重力倾角影响等方面计算不够精确，采用固定的摩擦系数——雷诺数积， 忽略汽液界面摩擦剪切力沿轴向的变化等。
发明内容
本发明为了克服目前热管建模存在的问题，在研究前人所建模型基础上，充分考虑槽道内汽-液界面剪切摩擦力对热管传热性能的影响，对矩形槽道平板热管内部的流动和换热过程建立数学模型。具体实施过程为I.建模简化本文在建模时做如下简化(I)微槽平板热管启动性能好，一段在加热后30秒内温度可基本稳定。因此，本文在热管稳态下建模。(2)由于热管轴向的汽液界面曲率半径远大于垂直于轴向的截面弯月面半径。因此，假设汽液界面弯月面半径仅沿轴向变化。(3)工质的流动简化为轴向的一维不可压缩的毛细流动，其速度、压力等参数均取截面上的平均值。(4)蒸发段只考虑弯月面液体的蒸发，冷凝段只考虑汽在液体弯月面上的凝结换热。(5)忽略冷凝段液体拥塞现象。2.建立数学模型通过简化后建立数学模型方程如下(I)平板热管正常工作的条件ApeapS APv+APl+APg(忽略了蒸发和凝结过程的相变压差)
其中毛细压差aPmp= A P6-A p。蒸发段毛细压差Ar =-ヱ冷凝段毛细压差
权利要求
1.一种用于研究分析微槽平板热管传热性能的数学建模方法。这种方法是在研究前人所建数学模型的基础上，充分考虑了槽道内汽一液界面剪切摩擦力对热管传热性能的影响，对矩形槽平板管内部的流动和换热过程建立了数字模型。包括①平板热管正常工作的必要条件质量守恒方程能量守恒方程；@动量守恒方程Laplace-Young方程； 并设置了边界条件。对计算结果与实验结果、ANSYS软件仿真结果进行了比较，三者数值基本一致，证明了所建数学模型与实际传热流动特性相符。
2.根据权利要求I所述的建模方法，其特征在于所建模型充分考虑了汽液界面剪切摩擦力对热管传热性能的影响。
3.根据权利要求I所述的建模方法，其特征在于采用ANSYS软件仿真来验证数学模型的可信度。
全文摘要
本发明公开了一种用于研究微槽平板热管传热性能的数学建模方法。该方法在对热管传热特性进行适当简化的基础上，充分考虑槽道内汽一液界面剪切摩擦力对传热性能的影响，建立了微矩形槽平板热管的数学模型，并对计算结果、实验结果和ANSYS软件仿真结果进行了比较，证明了所建数学模型与实际相符，对热管的理论分析具有指导意义。
文档编号G06F17/50GK102609555SQ20111002910
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘一兵, 肖宏志, 黃志刚, 黃新民 申请人:刘一兵, 肖宏志, 黄新民