199月年5月第71卷第3期重庆大学学报JOURNALOFCHONGQINGUNTVERSITYVol.17,附.3May.1994·研究简报·微矩形槽道内的受迫对流换热性能实验`ExPerimentsonForeedConveetiveHeatTransferPerformaneeinReetangularMieroehannels辛明道师晋生XinMingdaoShiJinshens(重庆大学工程热物理所,重庆,630011)摘要对6种不同结构尺寸的微矩形槽道内的受迫流动阻力与换热性能进行了实验。结果表明,试验条件下微槽内水流动中从层流向湍流转变的临界雷诺数Re。~1400一180.0揭示出微槽结构尺寸对流动与换热的影响,并由实验给出了层流区流动阻力与换热的经验关系式。关键词微槽道;对流换热;流动阻力;实验中国图书资料分类法分类号TK12通ABSTRACTExPerimenstareConductedin6reeatngularmieroehannelswithvariousstruetures一zesonforeedflowresisatneeandheattransferPerformanee.TheresultsindicatethattheeritiealReynoldsnumbertransitedfromthelamilarflowtoturbulentflow15equalto1400一1800undertheexPerimenatleonditionsforwaetrflowinthemierochannels.Effeestofmieroehannelstureture凡一zesonflowre凡一凡taneeandhenttransferareshownuP.TheflowresistaneeandHaetTran凡ferCorreiato一nsareobtainedwithexPerimenstinlaminarflowregion.KEYWORDSmieroehannel;eonveetiveheattransfer;flowresistanee;exeprimentn己{生`~J.扭二〕随着微电子元件集成度的提高,大规模、超大规模集成电路要求排散的热流日益增加。由于元件工作温度的限制散热温差较小.因此.`热障”已成为微电子没备问更高集成度发展的主要障碍之一。目前芯片散热热流已超过20Wc/m’.预计90年代将超过10wc/m2.因而探索高热流的新传热结构、传热方法.极为骸要。8。年代初.Tockerman等厂`一31提出在芯片衬底背面采用微矩形结构槽道.通以水冷却.最收芝,1明}`巾全一O}108国’家自然科学基胶资助项目118重庆大学学报1499年高散热能力可达790w/cm2.引起了微电子与传热领域同行的浓厚兴趣。之后有类似的结果发表〔`一`〕。就流动状态、阻力和换热特性而言,微尺寸槽道同大尺寸通道规律是否一致的问题,仅有一些初步的研究卜’〕,wu和iLtle的结果表明,氮气的流动阻力系数f高于经典的Moc心y曲线,且层流向湍流的过渡eR。~350,而换热特性的转变发生在eR_1000时。fPhaler等对液、气体的实验表明,在已开展的层流流动中,(j·eR)值比大尺寸槽道的理论值低.因此,进一步开展微槽结构通道内的流动与换热研究有重要的学术意义和工程价值。1实验元件与实验装置1.1实验元件微矩形槽通道由微槽基板和盖板组成.微槽基板结构见图1.微槽基板材料为紫铜,微槽由线切割机床加工成形,6种不同微槽结构尺寸的实验元件列入表1.微槽加工情度为0.01mm,光洁度为6级以上。微槽基体侧面沿流动方向的有效加热长度(乙一1遭mm)上钻5个巾0.8mm的小孔,孔深为12mm,距微槽底面之下l.4mm,孔间距3mm,以装入热电偶测量和推算槽底壁温。图l微槽基板结构表l实验微槽元件的结构几何尺寸元件号W。w。兀/伙叼W。.DwW产几,No.!0.150.250.54.456.0.257102428No.20.250.250.252035.783.0.39!0.300.250.9】95193卜253.0.4500.300.2528.005.0.500OONNo.50.300.252.No.60.300.252.1926.677.!925.939.0.5250.540盖板用来封闭槽道以形成闭合通道,盖板在加热长度L的两侧有进出水室,并与进出水管联通.两水室盖板上分别钻一小孔用来测取流动压差。盖板与微槽顶而组合时,其间有一层0.1mm的聚四氟乙烯薄膜.微槽两端用密封胶封闭.用压板阳螺栓压紧。1.3实验装置与测量实验装置线路如图2所示。图中未示明热源具体结构,电加热件是下圆上方(矩形:14mm丫10mm)铜棒.卜部用电阻丝加热.以获取大于SOOwc/mZ的矩形项面的高热流密度。考虑到加热件散热的影响.微腆通道内的枚热用称暇法计髦冷却水流量.测出进、出水温差而算出.对卜从板而平l{而言的卜均热l成拼度勺乍一心/,1土一(;〔”,(T,一T.)/月:(1)第17卷第3期微矩形槽道内的受迫对流预热性能实验119流体和壁面温度均用镍铬一镍硅热电偶测量,压差用水银差压计测量。因为微槽底面和两侧面均参予换热,其换热面积为月:,相应的平均对流换热系数为a~心/AZ(T.一T了)(2)...
