COMSOL微槽道热管相变换热器仿真

1. 研究背景
   

       随着微型电子技术的发展，电路元器件功耗逐渐增高。研究表明，芯片在集成电路超过工作极限结温后，每 升 高 1 ℃，工 作 效 率 约 下降 5%。传统散热技术已不能有效满足当今集成电路在有限小空间内的高热流散热需求。微槽道式平板热管基于相变材料进行热管理，结构紧凑轻便，槽道内工质快速回流，均温性良好。近年来对于微槽道热管的内部结构、传热特性及传热极限均取得了一定的研究进展。

2. 模型介绍

      本文设计了一种带多孔芯微槽道柱形热管散热器，采用数值仿真的方法对其散热性能进行仿真计算。仿真模型主要包括微槽道热管、陶瓷电阻加热片、针柱散热器、隔热棉等。为了和文献中的试验对照，在陶瓷加热片周围敷设隔热棉避免热量向环境散发而造成系统误差。图1为带多孔芯微槽道柱形热管散热器模型示意图。

图1 微槽道热管示意图

       微槽道式热管在工作过程中，受热区域热管工质从多孔介质中蒸发进入蒸汽腔，兵吸收热量，蒸汽腔中的蒸汽从温度高的区域流向温度低的区域，在冷端液化并释放热量，液化后的液体在多孔介质中毛细力的作用下重新返回受热区域，从而完成一个循环。

图2 完整的求解计算模型

3. 物理场选择及边界条件设置

      本模型主要采用comsol中的层流、Brinkman方程、多孔介质传热三个模块进行求解计算，多物理场选择非等温流动。详细的物理场选择及边界条件设置如图3所示。

图3 详细的物理场选择及边界条件设置

4. 结果展示

图4 外流场速度分布

图5 截面温度场分布

图6 微槽道内工质速度分布

（完结）

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