电-微流体器件多尺度微通道脉动流动与传热特性研究

针对电-微流体器件封装体中的多尺度微通道传热传质需求，开展了脉动流体作用下多尺度微通道流动传热数值模拟、结构优化及二维、三维多尺度微通道流动传热基础理论与实验研究，以实现多热源器件的微通道液冷与可控散热。通过制作三维微通道系统实验模型，进行不同结构微通道脉动流动规律和强化传热机理的可视化实验研究，建立脉动流作用下微通道二维、三维热-流耦合传热模型和热量输运理论，并应用于多热源电子器件热设计，开发针对多热源热设计的软件工具，旨在实现电-微流体封装器件中多尺度流体高效热质传输、局部微观流动散热与器件宏观的散热性能的统一，建立结构-温度-流场三者的定量关系，形成新型微通道散热器和多热源器件热控系统的理论基础和关键技术。课题将热流科学、机械学和MEMS理论结合，建立多尺度热流科学的基础，并将在微型发动机、航空航天电子设备、光电集成器件、微纳电子机械系统、生物芯片等领域有直接的技术和应用价值。

针对电子器件向大功率、集成化和微型化发展，尤其多芯片器件和三维组装技术的发展，所带来的器件局部热流密度急剧增加。通过研究多种分形变尺度、多层和分布式微通道内部流动与传热特性，采用SQP、遗传算法进行多目标优化设计，采用数值模拟技术和实验获得多种工况下的散热能力；分析了硅基分形微通道脉动流动与散热特性，进行了理论和可视化实验研究；对波壁管和波壁分形微通道内定常流和脉动流进行脉动特性和传热性能进行了理论和实验研究，同时对其滑移边界条件和非滑移边界条件下的流动、传热特性进行数值模拟研究；研究了多层微通道在多热源条件下的温度场和散热特性，多尺度微通道对局部热点的数值模拟研究；对扩散传热和界面传热进行了典型热模型的理论研究，获得了相关数学模型。同时，针对计算机服务器和LTCC电子器件进行了相关应用研究；开发了一套微通道设计仿真软件系统。通过项目实施，为开发高效的微电子器件集成液冷系统、解决多热源器件散热问题提供了新理论、新方法。项目共发表论文13篇，其中一篇论文获得优秀论文奖，6篇文章被SCI检索（另有1篇录用），申请与授权发明专利12项，并获得了一定的成果转化，编写传热学教材一部，完成了项目任务的预期研究目标。