印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究

趙 靖，孫鴻斌，王興彬

（山東漢特工業(yè)設備制造有限公司，山東 濟南 250000）

1 印刷電路板換熱器發(fā)展現狀

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，現代化科學信息技術逐漸完善，印刷電路板換熱器是一種新型緊湊式熱交換器，并以其自身的優(yōu)勢得到社會廣泛的認可。印刷電路板換熱器具有耐高溫、耐高壓的優(yōu)點，將在今后的光電發(fā)熱等相關的領域發(fā)揮巨大的作用。印刷電路板換熱器發(fā)明時間較早，在最初的研究階段，相關的研究技術人員注重對印刷電路板的板片研究工作，逐步優(yōu)化印刷電路板板片的加工工藝，并對流體傳熱性能進行詳細的分析，最終得出了印刷電路板換熱器半圓形界面通道。隨著科學信息技術的不斷發(fā)展，國內外研究學者紛紛通過三維數值模擬的方式對印刷電路板換熱器進行研究，并從不同的角度進行分析，對印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性情況進行研究。為了保證研究結果的準確性，對雷諾數的傳熱性能進行闡述，實時觀察流體核心區(qū)域的分布情況，傳熱效果隨著邊界層逐漸分離而提升。由于印刷電路板換熱器的半圓形截面通常采用Zigzag通道模型，國內外的研究學者注重對Zigzag通道運行情況進行分析，并得出相應的傳熱與阻力系數，在對印刷電路板傳熱器進行研究時，將雷諾數、努賽爾數、摩擦因子等參數信息進行整合，將質量流量保持在均衡的水平，對努賽爾數進行適當的調整，此時觀察阻力將以及摩擦因子的變化，可以得出阻力將及摩擦因子與努賽爾數之間呈現負相關的關系，阻力將及摩擦因子隨著努賽爾數的增加而減小。當前正加大力度對印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性進行研究，對相關的影響因素進行充分的考慮，為日后印刷電路板換熱器在社會中廣泛應用奠定基礎，有利于后續(xù)研究工作的順利進行。

2 印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性物理模型與邊界條件

此次印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性物理模型主要選用不同肋結構的模型進行研究。當選用平直肋片印刷電路板傳熱器時，將平直肋片印刷電路板傳熱器的入口寬度控制在6.5mm，平直肋片印刷電路板傳熱器的直徑控制在2mm，長度控制在143.2mm。當選用非連續(xù)性肋片印刷電路板時，將非連續(xù)性肋片印刷電路板的入口寬度控制在6.3mm，高度控制在0.88mm，長度控制在143.2mm，排數控制在20mm。將不同類型肋片結構的印刷電路板換熱器的物理模型進行構建，相關的研究設計人員要對印刷電路板換熱器的散熱表面的熱流密度進行研究，保證材質符合物理模型構建的實際情況，將換熱工質以及入口溫度科學的調整好，并將工作壓力調整到最佳區(qū)間。同時，印刷電路板換熱器的肋片結構具有多樣性，此次的研究將選用平直肋片印刷電路板傳熱器與非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器進行研究，通過構建物理模型可以發(fā)現，平直肋片印刷電路板傳熱器通道內部具有獨立性的特點，流動擾動較弱，而非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器當各個通道在流動時，內部流動存在不規(guī)則性。在實際的印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性物理模型與邊界條件研究的過程中，相關的研究技術人員對印刷電路板換熱器的電子元件表面進行觀察，為了保證電子元件的正常發(fā)熱，要及時與印刷電路板換熱器的下表面進行接觸，并逐步實現熱量的傳導。在印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性的邊界條件限定的環(huán)節(jié)中，通過輸入冷水的形式由印刷電路板換熱器的左側輸入并由右側流出，此時的左右兩側為對稱邊界，電子元件的下表面以及上表面分別為恒熱流邊界、絕熱邊界，并逐步對其進行科學的運算[1]。

3 印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性的網絡無關性與方法有效性驗證

在進行印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性的網絡無關性與方法有效性驗證過程中，要對當量直徑定義進行詳細的了解，將最小流通截面積與最小流通截面周長的單位設定為mm，為了保證驗證結果的準確性，將雷諾數、流體密度、流體在通道內最小流通截面的最大流速以及流體動力粘度充分考慮在內，并將無量綱數、平均對流傳熱系數、導熱系數進行研究。同時，在進行數值模擬計算的過程中，要求相關的研究技術人員選擇最佳的湍流模型，并實時對壁面的周圍邊界層的流動情況進行實時的監(jiān)測，注重邊界層網格的設計過程，在邊界層網格的設計環(huán)節(jié)中，對相關技術研究人員的專業(yè)知識技能水平要求較高，在前期的準備階段，要注重加強相關技術研究人員的專業(yè)知識技能培訓工作，依托現代化科學信息技術的優(yōu)勢將理論知識與實踐經驗充分的結合在一起，保證驗證結果的真實性。此次研究的是不同肋片的印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性的網絡無關性與方法有效性驗證，在進行無關性驗證的環(huán)節(jié)中，注重網絡節(jié)點的選擇，以186網絡節(jié)點為參照點，實時觀察網絡節(jié)點大于186以及小于186時驗證結果變化的實際情況。為了保證選取網絡節(jié)點的準確性，對流體工質以及不同肋片的印刷電路板換熱器的肋片結構進行研究，并與計算結果進行參照，當流體出口的平均溫度和單位長度阻力的計算結果的誤差較小時，此時的印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性的網絡無關性與方法有效性驗證結果較為精確[2]。

4 印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究結果與討論

此次印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究選用的是平直肋片印刷電路板傳熱器以及非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器，并對雷諾數及相關的參數信息進行分析，對不同參數下的印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性進行觀察。當雷諾數保持一致時，觀察不同肋片結構的印刷電路板換熱器的壁面表面溫度，對流體帶走的熱量情況進行研究，在研究中發(fā)現，平直肋片印刷電路板傳熱器的結構壓力損失較小，一定程度上與非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器的內部通道流體的不穩(wěn)定有關。當圓形肋片印刷電路板傳熱器的結構壓力損失較大時，會對邊界層產生一定的影響，導致壁面的熱阻力下降。同時，熱傳性能的強度隨著避免熱阻力的減小而增強。經過研究結果可以看出，非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器的傳熱性能較好，在實際的研究環(huán)節(jié)中，相關的研究技術人員根據非連續(xù)性肋片印刷電路板傳熱器的傳熱性能的實際情況對其非連續(xù)性肋片進行逐步的優(yōu)化，并對不同結構類型的印刷電路板傳熱器的結構進行分析。在印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究結果中顯示，不同肋片的印刷電路板換熱器的傳熱性能與雷諾數以及努賽爾數有關，在此研究中發(fā)現，平直肋結構的印刷電路板換熱器的傳熱性能較差，并隨著雷諾數的降低逐漸縮小不同肋結構的印刷電路板換熱器的傳熱性能差距，當雷諾數增加時不同肋結構的印刷電路板換熱器的傳熱性能差距間逐漸擴大。在對印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性進行研究時，要求相關的技術研究人員要綜合考慮多種因素，對不同肋片結構的印刷電路板換熱器進行研究，逐步提升電子元件的散熱性能[3]。

5 結 語

目前，高熱流密度電子器件已經廣泛的應用在社會的各個領域，并成為當前社會關注的重點。注重印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究工作，加強印刷電路板換熱器傳熱與阻力特性研究的模型構建過程，科學網絡獨立性及模型有效性進行驗證，逐步優(yōu)化模型的構建流程，加強不同通道角度對流體傳熱與流動特性的影響規(guī)律研究，建立健全監(jiān)督運行保障機制，保證電子系統安全運行。