碩士論文-并聯(lián)型水冷散熱器

1、并聯(lián)型水冷散熱器的數(shù)值模擬及優(yōu)化重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：鄒 羽指導(dǎo)教師：李隆鍵 教 授專 業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工 學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一六年五月Numerical Simulation and Optimization ofthe Parallel Channel Water Cooling RadiatorA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters Degree of EngineeringByYu Z

2、ouSupervised by Prof. Longjian LiSpecialty: Power Engineering &Engineering ThermophysicsCollege of Power Engineering Chongqing University, Chongqing, ChinaApril, 2016中文摘要摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是高鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，各種電力電子設(shè)備在動(dòng)力機(jī)車上得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是大功率的IGBT模塊成為了高速動(dòng)車組上越來越重要的組件。這些電力電子設(shè)備正朝著大功率、小型化、集成化、高性能的方向不斷發(fā)展。隨之而來的問題

3、就是，這些設(shè)備的發(fā)熱量越來越大，致使系統(tǒng)的熱流密度劇增。而這些設(shè)備必須在一定溫度范圍內(nèi)才能正常工作，若溫度過高超過其所允許工作的最高溫度，會(huì)致使設(shè)備的可靠性大幅降低甚至燒壞設(shè)備。因此，對(duì)動(dòng)力機(jī)車上的電力電子設(shè)備的散熱研究變得越來越重要。目前，動(dòng)力機(jī)車上所用的散熱器以水冷散熱器為主，傳統(tǒng)的水冷散熱器大多采用串聯(lián)型流道，它存在的問題就是：在沿著流動(dòng)的方向，冷卻水的溫度是不斷升高的，造成整個(gè)散熱器的溫度分布很不均勻。為了解決上述問題，本課題將研究一種并聯(lián)型流道的水冷散熱器，主要工作內(nèi)容如下： 建立了并聯(lián)型水冷散熱器的物理數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算，得到了衡量散熱器性能的各個(gè)相關(guān)參數(shù)，并對(duì)計(jì)

4、算結(jié)果進(jìn)行了分析。提出了衡量溫度分布均勻性的方法，并通過分析得出了：流量分布的均勻性決定了溫度分布的均勻性。然后，比較了不同的進(jìn)口冷卻水流量對(duì)散熱器性能的影響。結(jié)果表明，散熱器溫度分布的均勻性是隨著流量增大先增加后減小，存在一個(gè)臨界流量值使溫度分布最均勻。 由于水冷散熱器的完整模型結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，網(wǎng)格數(shù)量巨大，為了減少計(jì)算量和縮短計(jì)算時(shí)間，提出了一種有效的簡(jiǎn)化模型分析方法，并對(duì)模型的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。 為了提高水冷散熱器的綜合性能和溫度、流量分布均勻性，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了平板型、平直翅片型、擾流柱型和折流型四種不同的流道結(jié)構(gòu)，對(duì)四種流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，得到了每種結(jié)構(gòu)的阻力與傳熱性

5、能，并考察了流道厚度對(duì)散熱性能的影響。通過散熱器的綜合性能評(píng)價(jià)因子對(duì)每種結(jié)構(gòu)的散熱器進(jìn)行了分析，結(jié)果表明折流型流道的綜合性能是最好的。 運(yùn)用多孔介質(zhì)模型分析了散熱器在每種流道結(jié)構(gòu)下的流量分布均勻性，結(jié)果表明折流型散熱器的流量和溫度分布均勻性是最好的。關(guān)鍵詞：并聯(lián)型水冷散熱器，IGBT，數(shù)值模擬，綜合性能評(píng)價(jià)因子，溫度均勻性75英文摘要ABSTRACTWith economic boom of China, especially the rapid development of high-speed rail industry, various power electronic devices

6、have been applied more and more widely to locomotives. Particularly, high-power IGBT modules have already become increasingly significant in high-speed rail. All these power electronic devices develop toward the high-power, miniaturization, integration and high-performance direction. The problem fol

7、lowing it is that the increasing calorific value of these devices renders that heat flux of system also increases quickly. However, this equipment has to work at a certain temperature range. If the temperature exceeds the maximum allowable working temperature, the reliability of the equipment may be

8、 dramatically reduced and even the equipment be burned down. As a result, the study on cooling the devices in locomotives has become necessarily significant.At present, the water-cooling radiator has predominated in locomotives. Channels in traditional water-cooling radiators are mostly connected in

9、 series. The problem is that the temperature of cooling water will continue to rise along the flow direction, which will result in uneven distribution of temperature on the radiator. In order to deal with above-described problem, this paper focuses on the water-cooling radiator whose channels are co

10、nnected in parallel. The main contents of this paper are as follows: Physical and mathematic model of the parallel water-cooling radiator has been established and numerical simulation was applied to the model. Then, various parameters of the performance of the radiator were obtained and the calculat

11、ed results were analyzed, too. A method for measuring the uniformity of temperature distribution, which is determined by the uniformity of flow distribution, has been proposed. Moreover, by comparing different flow rate of the cooling water, it was concluded that the uniformity of temperature distri

12、bution would first increase and then decrease as flow rate increase and there exists a critical flow rate that can make the temperature uniformity achieve the optimal value. Because of the sophistication of the radiators model and huge grid, an effective simplified model method has been proposed to

13、reduce the computation cost and shorten computation time. In addition, the feasibility of the model has been verified. In order to improve the performance and temperature and flow rate uniformity of the radiator, structure optimization is carried out. Four different channel structures, including the

14、 plate, straight-finned, pin-fins and zigzag channel, were designed. Frictional and heat transfer characteristics of every structure were obtained by applying numerical simulation to them. The effect of flow channels thickness on cooling performance was also investigated. Four kinds of radiators wer

15、e analyzed with the overall performance evaluation factor. The results show that the comprehensive performance of the zigzag channel is optimal. The flow distribution uniformity of every channel structure of the radiator has been analyzed by using the porous media model, which shows that the uniform

16、ity of temperature and flow distribution of the zigzag radiator is optimal.Keywords：Parallel Channel Water Cooling Radiator, IGBT, Numerical Simulation，Overall Performance Evaluation Factor, Temperature UniformityError! No text of specified style in document.目 錄中文摘要I英文摘要III1 緒 論11.1 課題背景11.2 電力電子設(shè)備主

17、要散熱方法21.3 動(dòng)力機(jī)車水冷散熱系統(tǒng)介紹51.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.4.1 國(guó)外現(xiàn)狀61.4.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀71.5 研究?jī)?nèi)容81.6 研究意義92 并聯(lián)型水冷散熱器性能數(shù)值模擬112.1 物理模型112.2 數(shù)學(xué)模型122.2.1 控制方程122.2.2 湍流模型132.3物性及邊界條件142.4數(shù)值模擬計(jì)算152.4.1 建模及網(wǎng)格劃分152.4.2 網(wǎng)格無關(guān)性分析162.4.3計(jì)算方法及收斂條件172.5計(jì)算結(jié)果分析172.5.1 溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)分析172.5.2 均勻性分析202.6不同流量下的水冷散熱器性能分析222.7本章小結(jié)253 單元流道阻力與傳熱性能分析273.1 引言2

18、73.2 單元流道的阻力與傳熱性能273.2.1 平板型流道273.2.2 平直翅片型流道303.2.3 擾流柱型流道333.2.4 折流型流道363.3 不同結(jié)構(gòu)的單元流道綜合性能判定393.4 本章小結(jié)434 并聯(lián)型水冷散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化454.1 多孔介質(zhì)模型求解方法454.2 模型可行性驗(yàn)證464.3 不同流道結(jié)構(gòu)流量及溫度均勻性分析484.3.1 平板型流道484.3.2 平直翅片型流道524.3.3 擾流柱型流道554.3.4 折流型流道574.4 散熱器綜合性能分析614.5 本章小結(jié)665 總結(jié)與展望675.1 總結(jié)675.2 展望68致 謝69參考文獻(xiàn)711 緒 論1.1 課題背

19、景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是高鐵行業(yè)的飛速發(fā)展（截止到2015年，我國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已成功突破1.9萬(wàn)公里，穩(wěn)居世界第一），各種電力電子設(shè)備在高鐵上也得到了廣泛的應(yīng)用，而且集成化、小型化、高性能以及大功率已成為這些設(shè)備的發(fā)展方向。隨之而來的結(jié)果就是，系統(tǒng)的熱流密度劇增，從而導(dǎo)致散熱問題日漸突出。多年以來，工業(yè)界一直在努力通過降低電子元件的工作溫度和結(jié)合部位的溫度，從而改善電子系統(tǒng)的可靠性。與此同時(shí)，還存在一個(gè)要求減小這些電子組件的尺寸并降低它們成本的強(qiáng)大壓力。因?yàn)楣β拭芏鹊脑龃笙耋w積的減小一樣迅速，這些發(fā)展也帶來了一系列問題。相關(guān)研究表明，當(dāng)電子元器件的溫度達(dá)到一定值以后，其工作溫度每提高1

20、，可靠性會(huì)下降5%1，使用壽命也會(huì)隨之大幅度下降。美國(guó)曾經(jīng)分析了電子設(shè)備全年的故障，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超過50%的設(shè)備故障是由于各種各樣的環(huán)境因素，而由于超溫所導(dǎo)致的故障更是高達(dá)55%2，如圖1.1所示。 圖1.1 電子設(shè)備故障影響因素Fig.1.1 The failure of influencing factors for electronic devices 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率的IGBT模塊則成為了高速動(dòng)車組重要的組件，它是傳輸與能量轉(zhuǎn)換的核心器件。IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即絕緣柵雙極型晶體管，是一種增強(qiáng)型場(chǎng)控（電壓）復(fù)合器件。它

21、的優(yōu)點(diǎn)很多，包括耐高壓、載流密度大、開關(guān)速度快、功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、輸入熱阻高、熱穩(wěn)定性好等3。電力機(jī)車一般需要500個(gè)IGBT模塊，動(dòng)車組需要超過100個(gè)IGBT模塊，一節(jié)地鐵需要50-80個(gè)IGBT模塊。根據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)高速動(dòng)車每年對(duì)IGBT的市場(chǎng)需求達(dá)3億元4。與其他功率器件相比，IGBT元件具有高度的可靠性、易操作性，以及對(duì)高壓、高流的阻抗性的特點(diǎn)。當(dāng)IGBT元件工作時(shí)，會(huì)生成大量的熱量，其熱流密度很大，超過10 W/cm25。隨著溫度的升高，設(shè)備的故障率會(huì)相應(yīng)提高，可靠率也會(huì)隨之下降。如果不采取有效的方法驅(qū)散這些熱量，則IGBT設(shè)備的內(nèi)部芯片溫度會(huì)超過連接點(diǎn)所允許的最高溫度，設(shè)

22、備的可靠運(yùn)行將會(huì)受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龎脑O(shè)備，從而損壞其性能，電力機(jī)車的安全操作也不能夠得到保證。所以需要通過改善冷卻技術(shù)來降低元件的溫度，以提高這些設(shè)備的可靠性。因此，如何利用有限的空間散發(fā)出大量的熱量，并且把設(shè)備的溫度控制在一定的合理范圍內(nèi)，從而讓其穩(wěn)定且可靠的運(yùn)行，是這些年來人們著重研究的一個(gè)課題。特別是針對(duì)大功率的IGBT組件，對(duì)其散熱技術(shù)提出了更高的要求。1.2 電力電子設(shè)備主要散熱方法對(duì)電力電子設(shè)備選擇不同的散熱方將直接影響它的組裝設(shè)計(jì)、可靠性、質(zhì)量和成本等。電力電子設(shè)備的冷卻問題多年以來都受到人們的重視，其主要涉及到工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)以及流體力學(xué)等相關(guān)學(xué)科。目前電力電子設(shè)備的散

23、熱方法主要有以下幾種： 強(qiáng)制風(fēng)冷很多設(shè)備的散熱采用強(qiáng)制風(fēng)冷的形式，因?yàn)橄噍^于自然冷卻，強(qiáng)制空氣冷卻的散熱量最大能提高10倍6。強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)與自然冷卻技術(shù)相比較而言，它的設(shè)備冷卻系統(tǒng)的體積相對(duì)較小，從而致使其具有更高的熱點(diǎn)溫度和元件密度，而且設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低。因此，強(qiáng)制風(fēng)冷散熱在電力電子元器件的散熱問題上獲得了迅速的發(fā)展，特別適合對(duì)要求不十分嚴(yán)格的設(shè)備。但是由于空氣的比熱比較小，這種方法的冷卻能力通常小于1.0 W/cm2，如果想得到足夠大的換熱能力，必須提高風(fēng)速，隨之而來的問題是噪音的增大。圖1.2是強(qiáng)制風(fēng)冷換熱原理圖。 圖1.2 強(qiáng)制風(fēng)冷換熱原理圖Fig.1.2 The schematic

24、diagram of the forced-air cooling 液體冷卻液體冷卻是指通過液體將元器件的熱量帶走，它又分相變冷卻和無相變的單相散熱。單相散熱就是利用強(qiáng)制對(duì)流將熱量帶走，這種冷卻方式的介質(zhì)以水居多。相變冷卻是指制冷時(shí)通過相變吸熱將熱量帶走，使用這種相變冷卻的方法能夠有效地控制電力電子設(shè)備的溫度，相變冷卻的冷卻能力最高可達(dá)2 kW/cm27。因此，相變冷卻比較適合高熱流密度且發(fā)熱功率不斷變化的情況。 熱電制冷熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半導(dǎo)體制冷，它是利用熱電效應(yīng)（即Peltier效應(yīng)）的一種制冷方法。熱電制冷是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)。當(dāng)直流電通過不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，

25、在電偶兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，達(dá)到制冷目的8。熱電制冷與其他散熱方式相比有很多優(yōu)點(diǎn)：不需要外界動(dòng)力、無噪聲、運(yùn)行可靠；冷卻速度快、操作簡(jiǎn)便等9, 10；缺點(diǎn)是效率低、質(zhì)量大等。圖1.3所示為一熱電制冷器的示意圖。 圖1.3 熱電制冷器示意圖Fig.1.3 The schematic diagram of the thermoelectric refrigerator 熱管技術(shù)熱管一般由蒸發(fā)段、絕熱段和凝結(jié)段這三個(gè)部分組成。熱管散熱就是液體工質(zhì)在蒸發(fā)段被熱流加熱蒸發(fā)，其蒸汽經(jīng)過絕熱段流向冷凝段。在冷凝段蒸汽被管外冷流體冷卻放出潛熱，凝結(jié)為液體；積聚在散熱段中的凝結(jié)液借助吸液芯的毛吸力的作

26、用，返回到加熱段再吸熱蒸發(fā)，如此循環(huán)反復(fù)。這種熱量從熱管一端傳遞到另外一端的過程是非常迅速的，因此可以很快地將熱量傳遞出去11, 12。熱管是一種傳熱效率很高的傳熱器件，其傳熱性能比相同的金屬導(dǎo)熱能力高幾十倍，且熱管兩端的溫差很小。熱管散熱器對(duì)各種電力電子裝置或設(shè)備具有非常強(qiáng)的適應(yīng)力，并且尺寸設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)形狀具有比較高的靈活性，使得它相較于傳統(tǒng)散熱器具有很大優(yōu)勢(shì)13。其缺點(diǎn)是對(duì)制作工藝，材料以及管內(nèi)的清潔度等有非常高的要求，且成本高14。熱管的基本工作原理如圖1.4所示。圖1.4 熱管的基本工作原理Fig.1.4 The schematic diagram of heat pipe 微通道散熱微

27、通道散熱技術(shù)首先由美國(guó)的Tuekerman等提出15，通過使用蝕刻、光刻以及精確切削等方法，將很薄的硅片或其他合適的基片加工成橫截面積只有幾十至上百微米的通道，介質(zhì)通過這些微通道與換熱器基體發(fā)生熱交換，并通過它們與其它的介質(zhì)進(jìn)行換熱16，如圖1.5所示。微通道的制作材料有硅、鋁、銅及其合金等，冷卻介質(zhì)除了水以外還有氟利昂、硅油、乙醇、液氮等液體17。微通道散熱器工作時(shí)，冷卻液體在其狹小的空間內(nèi)會(huì)被迅速加熱到核態(tài)沸騰的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候液體的換熱能力是很強(qiáng)的，因此散熱器壁面的過熱度相比一般結(jié)構(gòu)的散熱器要小很多。微通道散熱器具有更高的傳熱系數(shù)，可以比較好的解決因溫度過高致使電力電子元器件失效的問題。圖

28、1.5 微通道散熱的基本結(jié)構(gòu)Fig.1.5 The basic structure of micro-channel cooling1.3 動(dòng)力機(jī)車水冷散熱系統(tǒng)介紹目前大部分電力電子設(shè)備的散熱采用水冷和風(fēng)冷的形式，尤其在電力機(jī)車牽引變流裝置中，針對(duì)于大功率的IGBT，為滿足系統(tǒng)散熱的要求，較多地采用水冷散熱器。對(duì)于IGBT的高效散熱問題，水冷散熱已被證明是相當(dāng)有效的一種散熱方式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在水冷散熱器的形式、流道結(jié)構(gòu)和微通道等方面開展了廣泛且深入的研究18-23。水冷散熱系統(tǒng)通常分為兩種形式：一種是開式水冷系統(tǒng)，即冷卻流體經(jīng)過熱源表面以后不被回收，直接被排到至周圍的環(huán)境中。但這種散熱方式有

29、明顯的缺點(diǎn)，流體被排到周圍環(huán)境中不僅會(huì)造成大量的浪費(fèi)而且還會(huì)污染環(huán)境，特別是一些冷卻液中還會(huì)加入一定的化學(xué)添加劑。所以，在當(dāng)今的工業(yè)環(huán)境中開式水冷系統(tǒng)己經(jīng)越來越少見了。與之相對(duì)應(yīng)的另外一種形式是閉式循環(huán)水冷散熱系統(tǒng)，即冷卻流體會(huì)在整個(gè)密閉環(huán)路中不斷的循環(huán)再利用，而不會(huì)被直接排到周圍環(huán)境中形成污染。因此，目前閉式循環(huán)水冷散熱系統(tǒng)是當(dāng)今工業(yè)環(huán)境中的主要形式，它不會(huì)產(chǎn)生諸如堵塞、污染以及腐燭管道等缺點(diǎn)，并且不會(huì)像開式水冷系統(tǒng)那樣受到環(huán)境溫度的影響。閉式系統(tǒng)的冷卻水一直處在一個(gè)循環(huán)密閉的狀態(tài)，可以維持一個(gè)更好的絕緣，所以十分適合冷卻電力電子設(shè)備。一個(gè)完整的閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)通常由散熱器、冷卻液、泵、管道

30、和水箱等幾個(gè)部分組成。其原理十分簡(jiǎn)單：就是在一個(gè)密閉的液體循環(huán)裝置中，冷卻液利用循環(huán)泵提供的壓力在密閉裝置中循環(huán)流動(dòng)，在此期間電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)出的熱量被傳遞到散熱器中，最終通過冷卻液和散熱器壁面間的對(duì)流換熱過程及時(shí)把熱量帶走，隨后液體會(huì)回到吸熱裝置，整個(gè)散熱過程就是這些步驟的不斷循環(huán)。因此，閉式循環(huán)水冷散熱系統(tǒng)在激光、軍工、醫(yī)療、電力電子、工業(yè)設(shè)備等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.6所示： 圖1.6 閉式循環(huán)水冷散熱系統(tǒng)圖Fig.1.6 The system drawing of the closed circulating water cooling system 當(dāng)然，閉式循環(huán)水

31、冷散熱技術(shù)如此普及也是由于其安全性和穩(wěn)定性有了很大的進(jìn)步。在水冷散熱系統(tǒng)中，最重要的當(dāng)屬散熱器部分，可以說散熱器的性能基本上決定整個(gè)系統(tǒng)的散熱效果。對(duì)于閉式水冷散熱器，影響散熱器性能的主要因素有： 散熱器的流道結(jié)構(gòu)以及材料； 流體的流動(dòng)狀態(tài)以及物性； 散熱器的工況； 電子設(shè)備的發(fā)熱情況。因此要分析研究一個(gè)具體的散熱問題時(shí)，不僅要合理設(shè)計(jì)散熱器結(jié)構(gòu)以獲得合理的散熱方式，還要在減小流體流動(dòng)阻力的同時(shí)達(dá)到最佳的散熱效果。這是一個(gè)綜合性的問題。1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1 國(guó)外現(xiàn)狀E.Baker24的研究結(jié)果表明了提高流體速度和增加流動(dòng)的紊亂程度可以增大Re，從而提高散熱性能。要達(dá)到這種效果最好的

32、方法是直接增大流道入口處流體流動(dòng)的紊亂程度25，但會(huì)造成較大壓損。Kays26研究了緊湊式換熱器的流體流動(dòng)性與換熱性，其結(jié)論適用于一般的平行板式結(jié)構(gòu)。R.W.Knight27等人研究了兩種矩形通道平行平板散熱器模型，提出針對(duì)層流和湍流流態(tài)下，流體動(dòng)力學(xué)和傳熱的無量綱控制方程，并用其來優(yōu)化微通道散熱器的幾何結(jié)構(gòu)。優(yōu)化結(jié)果與之前研究相比，提高了10%35%的散熱能力。他們推導(dǎo)出充分發(fā)展階段層流和湍流狀態(tài)下的對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算方法和充分發(fā)展階段層流狀態(tài)和多個(gè)雷諾數(shù)段的湍流狀態(tài)的對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算方法。Perret28基于理論模型優(yōu)化散熱器的結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證，其優(yōu)化結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，給出

33、了一種可以快速設(shè)計(jì)和優(yōu)化水冷散熱器的方法。Leon29等人研究了四種形狀的翅片的傳熱及阻力特性。2004年，Leon30等人通過引入無量綱品質(zhì)因數(shù)QF（即散熱器肋片發(fā)熱量與空氣通過通道消耗的功率之比），利用數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究了順排翅片，交錯(cuò)翅片以及入口端為圓角的交錯(cuò)翅片的傳熱及阻力性能，對(duì)比了三者的性能發(fā)現(xiàn)，交錯(cuò)翅片的傳熱性能明顯優(yōu)于平行順排，但其阻力較大。通過對(duì)交錯(cuò)翅片入口段圓角化處理之后，發(fā)現(xiàn)其傳熱性能較好，阻力明顯低于普通的交錯(cuò)翅片，性能較優(yōu)。Biswal31等人基于理論模型研究了矩形通道散熱器模型在層流狀態(tài)下，正在發(fā)展段和完全發(fā)展段的傳熱特性。并且分析了通道縱橫比、散熱器基板厚度、

34、冷卻劑的流量、通道數(shù)量、散熱器材料等對(duì)熱阻的影響。最后對(duì)比了實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)與理論分析的數(shù)據(jù)，二者結(jié)果基本一致。Wu32建立了一個(gè)可以在層流、過渡態(tài)和湍流三種狀態(tài)下，預(yù)測(cè)其散熱性能和水力特性的漸進(jìn)模型，這個(gè)模型具有較高的準(zhǔn)確性并且可以在固定壓力損失的情況下優(yōu)化散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。Dong-Kwon Kim33在對(duì)新型的翅片結(jié)構(gòu)為Y型的散熱器進(jìn)行了理論分析，發(fā)現(xiàn)與普通形狀的肋片相比，在增大同等泵耗功率的情況下，Y型翅片散熱器的熱阻降低的幅度更大。Bar-Cohen34對(duì)自然對(duì)流中肋片的厚度進(jìn)行優(yōu)化。Sparrow35, 36、Kadle37和Knight38, 39等人對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷中散熱器的換熱特性及

35、結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了研究，提出了針對(duì)層流和湍流流態(tài)下，流體動(dòng)力學(xué)和傳熱的無量綱控制方程，并用其來優(yōu)化微通道散熱器的幾何結(jié)構(gòu)。1.4.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研究雖然起步較晚，但是在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的前提下，通過努力研究，也取得很多成果。楊傳超40等人對(duì)串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，定義了一種偽串、并聯(lián)流道方式，即把串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式相結(jié)合。結(jié)果表明：相較于串聯(lián)和偽串聯(lián)流道，并聯(lián)和偽并聯(lián)流道散熱效果更好，在散熱效果相差不大于1時(shí)，串聯(lián)流道結(jié)構(gòu)與偽串聯(lián)流道結(jié)構(gòu)消耗的功率比并聯(lián)流道結(jié)構(gòu)和偽并聯(lián)流道結(jié)構(gòu)的大1個(gè)至2個(gè)數(shù)量級(jí)。丁杰，唐玉兔41等人所研究的水冷散熱器采用并聯(lián)型和串聯(lián)型相結(jié)合的方式，采用泄壓槽的

36、方式對(duì)流量進(jìn)行分配，通過分析有、無泄壓槽對(duì)各個(gè)支路流量分配的情況，發(fā)現(xiàn)泄壓槽方式可以有效調(diào)節(jié)各個(gè)支路的壓力和流量，使得每個(gè)支路的流量基本上相等。李學(xué)康42對(duì)串聯(lián)通道的水冷散熱器進(jìn)行了研究，提出了熱阻網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)串聯(lián)通道散熱器進(jìn)行理論建模。以通道數(shù)將散熱器劃分為許多個(gè)單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行細(xì)致的散熱分析，建立起單個(gè)單元的熱阻網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明，雷諾數(shù)的不同會(huì)使散熱能力和壓力降都發(fā)生很大的差別，而通道高寬比以及翅片厚度對(duì)于散熱和壓力損失也有一定的影響。壓力分布在串聯(lián)通道的直管中基本上成線性分布，而經(jīng)過彎管則會(huì)發(fā)生一個(gè)跳空。若要降低串聯(lián)通道散熱器的總熱阻，可以通過增加通道數(shù)、增加通道寬度、增加通道高度以及

37、提高水流速度等方法。王立43通過計(jì)算局部努塞爾數(shù)來比較串聯(lián)、并聯(lián)和一種改進(jìn)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的換熱性能。在流體流速相同的情況下，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的努塞爾數(shù)最大，改進(jìn)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的最小，不過串聯(lián)結(jié)構(gòu)的散熱面積最小，串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的散熱面積最大，在理論計(jì)算中，串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的散熱效果最好。在流體流速相同的情況下，改進(jìn)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)造成的壓力損失最大，比其它兩種結(jié)構(gòu)大了一個(gè)數(shù)量級(jí)，串聯(lián)結(jié)構(gòu)與串并聯(lián)結(jié)構(gòu)壓力損失差別不大?？姳?4通過數(shù)值模擬的方法計(jì)算了并聯(lián)管路的流量分配，在相同的入口流速和并聯(lián)管組結(jié)構(gòu)條件下，徑向入口方式有利于提高并聯(lián)管組的流量分配均勻性；流體在并聯(lián)管組中分配的均勻性隨著入口流速的增加而降低；隨著集箱直徑的增大、支

38、管直徑的減小、支管長(zhǎng)度的增大和支管間距的增大，流量分配的均勻性均增加。朱云琴45歸納總結(jié)了研究并聯(lián)管路流量分配的理論基礎(chǔ)及計(jì)算方法，得出集箱中的摩擦系數(shù)和動(dòng)量交換系數(shù)等參數(shù)會(huì)影響并聯(lián)管路流量分配。動(dòng)量交換系數(shù)與管支間距、孔徑比和流體物性等有關(guān)。并聯(lián)管組的摩擦系數(shù)與流體流動(dòng)狀態(tài)和管路結(jié)構(gòu)（管間距支、孔徑比等)有關(guān)。王宏光，戴朝46等人以不可壓流體的質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程為基礎(chǔ)，對(duì)并聯(lián)管路中流體流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算，將支管分流流體的流速作為未知量，建立推進(jìn)算法的基本方程，從而提出并聯(lián)管路中流體流動(dòng)的水動(dòng)力推進(jìn)算法。計(jì)算結(jié)果表明：新的算法簡(jiǎn)單可行，而且非常適用于工程實(shí)際，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值韋曉麗4

39、7等人對(duì)并聯(lián)流道的兩種組合方式（Z型和U型）的流動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在研究中，由于并聯(lián)流道的“最短效應(yīng)”，使得各個(gè)分流道的流體流速分布極不均勻，他們提出了在實(shí)際應(yīng)用中，可通過對(duì)阻力的設(shè)計(jì)來改變遠(yuǎn)離入口段流道的流速，如加裝節(jié)流管段或者節(jié)流管圈，使其各個(gè)流道的阻力系數(shù)相等，那么就可獲得相同的流速。揭貴生、孫馳48等人在散熱器外形和流量一定的情況下，從理論上對(duì)層流狀態(tài)下的流道進(jìn)行研究，得到了幾點(diǎn)結(jié)論：1.在流道寬度一定的條件下盡量增加流道數(shù)，從而達(dá)到增加換熱面積的效果。2.在給定的散熱器長(zhǎng)寬尺寸及流量條件下，水力直徑和流道數(shù)對(duì)散熱效果的影響比較明顯，在適當(dāng)?shù)那闆r下增大水力直徑是有利的，這樣不僅可以提

40、高換熱性能，同時(shí)也減小了流體流動(dòng)的所引起的壓力損失。1.5 研究?jī)?nèi)容目前很多動(dòng)力機(jī)車上IGBT所使用的水冷散熱器都以串聯(lián)流道為主，其存在的問題主要是冷卻水在流動(dòng)的過程中，它的溫度會(huì)不斷升高，若串聯(lián)流道過長(zhǎng)，例如在一些設(shè)計(jì)中為了增大傳熱面積采用S形的串聯(lián)流道，會(huì)致使在流道末端的水溫過高，甚至?xí)^電子設(shè)備所允許工作的最高溫度，從而導(dǎo)致設(shè)備的失效，甚至燒壞設(shè)備。而且串聯(lián)流道散熱面的溫度分布會(huì)很不均勻，流道入口段散熱面溫度較低，但在出口段溫度會(huì)相對(duì)較高。因此，本文將設(shè)計(jì)一種并聯(lián)流道結(jié)構(gòu)的水冷散熱器來解決上述的問題，使散熱器表面的溫度分布相對(duì)均勻。具體的研究?jī)?nèi)容如下： 建立并聯(lián)型水冷散熱器的物理數(shù)學(xué)模

41、型，利用Gambit對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證。然后通過Fluent對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到衡量散熱器性能的各個(gè)相關(guān)參數(shù)，提出了衡量溫度分布均勻性的方法，并比較了不同的進(jìn)口冷卻水流量對(duì)散熱器性能的影響。 由于水冷散熱器的完整模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜且網(wǎng)格數(shù)量巨大，為了減少計(jì)算量和縮短計(jì)算時(shí)間，提出一種有效的簡(jiǎn)化模型，并對(duì)模型的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。 最后對(duì)并聯(lián)型水冷散熱器的模型進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了四種不同的流道結(jié)構(gòu)，并通過散熱器的綜合性能評(píng)價(jià)因子對(duì)優(yōu)化模型的性能進(jìn)行綜合判定，然后分析比較了不同的流道結(jié)構(gòu)對(duì)散熱器溫度和流量分布均勻性的影響。1.6 研究意義本文運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)并聯(lián)型水冷散熱器的

42、綜合性能進(jìn)行了研究，分析了進(jìn)口冷卻水流量對(duì)散熱效果及溫度分布均勻性的影響。設(shè)計(jì)了四種不同的流道結(jié)構(gòu)，并分析了每種結(jié)構(gòu)對(duì)散熱性能和溫度分布均勻性的影響，提出了一種適用于并聯(lián)型水冷散熱器的簡(jiǎn)化模型，可以對(duì)今后的并聯(lián)型散熱器的設(shè)計(jì)和研究提供一定的參考。2 并聯(lián)型水冷散熱器性能數(shù)值模擬以前的水冷散熱器大多采用串聯(lián)流道結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)存在一個(gè)很大的問題，沿著流動(dòng)的方向，冷卻水的溫度會(huì)不斷升高，若流道過長(zhǎng)，水溫甚至?xí)^器件的最高結(jié)溫，從而影響其工作，而且溫度分布會(huì)很不均勻，溫度在流入段很低而在流出段卻很高。因此，本文所研究的水冷散熱器將采用并聯(lián)流道結(jié)構(gòu)來解決上述的問題。本章將介紹這種散熱器的物理數(shù)學(xué)模型

43、，數(shù)值模擬的基本參數(shù)設(shè)置以及計(jì)算的結(jié)果，并通過流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、溫度分布均勻性等角度來綜合分析并聯(lián)型水冷散熱器的性能。2.1 物理模型本文所采用的水冷散熱器為并聯(lián)流道結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由三部分組成： 最上面是擴(kuò)散板，與IGBT模塊相連接，起導(dǎo)熱作用。擴(kuò)散板厚度、長(zhǎng)度和寬度分別為2.5 mm，232.1 mm，41.5 mm。 中間是水冷散熱器流道，由24個(gè)并聯(lián)流道所組成，流道從右到左依次編號(hào)為1至24，其與擴(kuò)散板無縫連接。每個(gè)流道的入口和出口分別與集水箱A和集水箱B連接，流道橫截面為矩形，并聯(lián)流道的截面如圖2.2所示，每個(gè)流道的厚度、長(zhǎng)度和寬度分別為2.5 mm，41.5 mm，9

44、mm，每個(gè)流道的間隔為0.7 mm，流道入口和出口的長(zhǎng)寬高分別為9 mm，3.9 mm，1.5 mm。 最下面是集水箱A和集水箱B，其長(zhǎng)度、寬度和高度分別為232.1 mm，19.25 mm，26 mm。入口和出口通道的半徑為9.25 mm，長(zhǎng)度為24.25 mm。冷卻水由入口通道進(jìn)入集水箱A，再流入散熱器各流道，然后進(jìn)入集水箱B，最后從出口通道流出，集水箱A和集水箱B呈軸對(duì)稱分布。并聯(lián)型水冷散熱器各部分規(guī)格如表2.1所示：表2.1 散熱器各部分規(guī)格表Table.2.1 The specification of the radiators every module名稱尺寸單位擴(kuò)散板232.1&

45、#215;41.5×2.5mm單元流道（共24）41.5×9×2.5mm流道出入口9×3.9×1.5mm集水箱A/B232.1×19.25×26mm集水箱出入水口18.5×24.25mm 圖2.1 水冷散熱器結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1 The structural diagram of the water-cooling radiator圖2.2 水冷散熱器流道截面圖及各流道編號(hào)Fig.2.2 The cross section of flow channels of the water-cooling radiator

46、 and the serial number of every channel 散熱器的每個(gè)并聯(lián)流道是平板型結(jié)構(gòu)，可以在其中安裝翅片、擾流柱或者折流板以提高冷卻水流速以及增加擾動(dòng)。整個(gè)冷卻過程為：IGBT的熱量由頂部進(jìn)入擴(kuò)散板，再由擴(kuò)散板傳遞到散熱器的各個(gè)流道內(nèi)，最后由集水箱流入的冷卻水通過對(duì)流換熱將熱量帶走。本文的研究重點(diǎn)就是并聯(lián)型水冷散熱器的綜合散熱性能及溫度在擴(kuò)散板上的分布均勻性。2.2 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)水冷散熱器性能的研究非常重要，它主要是涉及傳熱學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。本文中所用到的數(shù)學(xué)模型主要包括三大控制方程（質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程）以及湍流模型。2.

47、2.1 控制方程 質(zhì)量守恒方程49（mass conservation equation）質(zhì)量守恒方程又稱為連續(xù)性方程（continuity equation）。本文所研究的水冷散熱器，其中的流動(dòng)是定常流動(dòng)，且流體是不可壓縮流體，因此其表達(dá)式為： （2.1）u，v，w分別為流速在x，y，z方向上的分量，單位為m/s。 動(dòng)量守恒方程49（momentum conservation equation）對(duì)于不可壓縮流體的定常流動(dòng)，且粘性為常數(shù)，動(dòng)量方程的表達(dá)式為： （2.2） （2.3） （2.4）其中U是速度的矢量形式；為流體的運(yùn)動(dòng)粘度，單位為m2/s；p是壓強(qiáng)，單位為Pa；是流體密度，單位為kg

48、/m3；式（2.2）（2.3）又稱為Navier-Stokes方程。 能量守恒方程49（energy conservation equation）不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)時(shí)的能量守恒方程為： （2.5）式中，T是溫度，單位為K；cp是流體比熱容，單位為J/(kg·K)；是流體的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)；ST是粘性耗散項(xiàng)，單位為J。2.2.2 湍流模型本文所研究的水冷散熱器，冷卻水在流場(chǎng)中的流動(dòng)為湍流，所以進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)選用湍流模型。常用的湍流模型有零方程模型、一方程模型、標(biāo)準(zhǔn)k雙方程模型、RNG k模型50-52。為了使k模型更準(zhǔn)確，Yakhot和Orzag提出了RNG

49、k模型53，它的k，方程在形式上與標(biāo)準(zhǔn)k模型一模一樣，但是以更為準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)模型推導(dǎo)雷諾平均方程。相較于標(biāo)準(zhǔn)k模型，RNG k模型修正了湍流黏度，考慮了旋流流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)在流動(dòng)中的影響。對(duì)于不可壓縮流體，且忽略用戶自定義源項(xiàng)時(shí)，RNG k模型的k和的運(yùn)輸方程分別為： （2.6） （2.7）式中，k是湍動(dòng)能，單位為J；是湍流耗散率；k和分別是k和對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)；C1、C2、C是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；Gk是平均速度梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，t是一個(gè)假設(shè)的湍流黏度，它們的表達(dá)式分別為： （2.8） （2.9）模型常數(shù)C1、C2、C、k、的取值如表2.2所示54： 表2.2 RNG k模型常數(shù)取值Table.

50、2.2 The constant value of RNG k model模型常數(shù)C1C2Ck取值1.441.680.0850.71790.71792.3物性及邊界條件散熱器擴(kuò)散板的材料一般會(huì)采用金屬，因?yàn)榻饘俨牧贤ǔ＞哂斜容^高的導(dǎo)熱系數(shù)，將對(duì)熱量的傳遞更加有利，在工程上常采用的金屬材料有純銀、純銅、鋁合金等。綜合考慮到成本和散熱效果，本文采用純銅作為擴(kuò)散板的材質(zhì)。由文獻(xiàn)55查得銅的物性參數(shù)如表2.3所示： 表2.3 銅的物性參數(shù)Table.2.3 The physical parameter of copper密度（kg/m3）比熱cp（J/(kg·K)）導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m

51、3;K)）8978381380本文采用的冷卻介質(zhì)為工業(yè)用蒸餾水，由于所研究的是動(dòng)力機(jī)車上的水冷散熱器，考慮到工程實(shí)際需要和某些極限情況，入口水溫定為313 K，由文獻(xiàn)55得313 K水的物性參數(shù)如表2.4所示： 表2.4 313K水的物性參數(shù)Table.2.4 The physical parameter of 313K water密度（kg/m3）比熱cp（J/(kg·K)）導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）運(yùn)動(dòng)粘度（kg/(m·s)）992.241740.6350.0006533 冷卻水的設(shè)計(jì)進(jìn)口體積流量Qv為8 L/min，所以總的質(zhì)量流量Qm為0.1323 kg/

52、s。IGBT總的發(fā)熱功率P為2000 W，擴(kuò)散板的導(dǎo)熱面積為A為9632.15 mm2，所以熱流密度q為： （2.10）本文將利用Fluent軟件對(duì)水冷散熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，為了更好的分析散熱器的溫度分布情況以及散熱器流道內(nèi)的流場(chǎng)分布，將做如下假設(shè)： 忽略擴(kuò)散板與水冷散熱器流道之間的接觸熱阻。 相較于強(qiáng)制水冷換熱，空氣自然對(duì)流的換熱系數(shù)很小，對(duì)于整體的散熱性能影響也很小，因此認(rèn)為水冷散熱器是處于絕熱的環(huán)境中56。 由文獻(xiàn)57得知，對(duì)于水冷散熱器，輻射換熱對(duì)結(jié)果的影響也比較小，因此忽略輻射換熱。 散熱器流道內(nèi)的流速遠(yuǎn)小于音速，因此認(rèn)為流體為不可壓縮流體58，且物性參數(shù)不變。 擴(kuò)散板的厚度相較于其長(zhǎng)

53、度和寬度而言非常小，因此熱量只沿著其厚度方向進(jìn)行傳遞，且熱流量在擴(kuò)散板上是均勻分布的。 傳熱與流動(dòng)均是穩(wěn)態(tài)，固體和流體的邊界也是無滑移的。 對(duì)于出口邊界條件來說一般是很難預(yù)測(cè)的，除非通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，所以一般采用壓力出口（pressure-outlet）59； 一般來說，數(shù)值計(jì)算的流場(chǎng)壓力是相對(duì)壓力，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為基準(zhǔn)，特別是當(dāng)壓力在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)變化相對(duì)較小的情況下，這樣可以加速計(jì)算的收斂，所以本文采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓且忽略重力影響。2.4數(shù)值模擬計(jì)算2.4.1 建模及網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)值模擬計(jì)算的基礎(chǔ)以及核心部分就是網(wǎng)格的劃分，在進(jìn)行計(jì)算之前必須劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞將會(huì)對(duì)結(jié)果起決定性的作用，

54、若網(wǎng)格過于粗糙，結(jié)果的誤差將會(huì)很大；但若網(wǎng)格太精密了，則會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和計(jì)算成本。利用Fluent的前處理軟件Gambit建立物理模型并進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分。本文所研究的水冷散熱器主要由三個(gè)部分組成，其中對(duì)散熱起關(guān)鍵作用的是中間的冷卻水流道。因此，對(duì)散熱器采用分塊劃分網(wǎng)格的方法，首先對(duì)中間的流道部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用相對(duì)精密的網(wǎng)格，使其有比較小的單元尺寸；然后再對(duì)擴(kuò)散板和集水箱進(jìn)行網(wǎng)格劃分，且采用相對(duì)寬松的網(wǎng)格，這樣不僅能保證計(jì)算的準(zhǔn)確度也能兼顧計(jì)算量。而且，在下文中對(duì)單元流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分也采用這種分塊網(wǎng)格劃分方法。2.4.2 網(wǎng)格無關(guān)性分析在對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，應(yīng)該要在足夠精密的網(wǎng)格下

55、得到相應(yīng)的數(shù)值解，從而使得進(jìn)一步加密網(wǎng)格已經(jīng)對(duì)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果沒有影響，這種方法稱為網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證49。網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證是進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的基本要求。但是，如果網(wǎng)格太密將會(huì)使計(jì)算量大大增加，增加時(shí)間成本和計(jì)算機(jī)的硬件成本，同時(shí)誤差也會(huì)相應(yīng)的增加，因此要選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格使得計(jì)算精度達(dá)到要求且不會(huì)有太大的計(jì)算量。若對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間都十分巨大，且意義不大。而且，對(duì)于本課題所研究的水冷散熱器來說，對(duì)散熱性能起主要作用的是中間的冷卻水流道，并且由于采用的是并聯(lián)型流道，每個(gè)流道的結(jié)構(gòu)是一樣的，且假設(shè)每個(gè)流道單元之間傳熱是相互獨(dú)立的，故對(duì)單元流道的模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，這樣不僅可以

56、大大減少計(jì)算時(shí)間，也可以將結(jié)果應(yīng)用到整個(gè)散熱器模型上。對(duì)單元流道進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分別取網(wǎng)格數(shù)為35964，76386，123900，161776，193726，236354，290044，在7種不同的網(wǎng)格數(shù)量下，散熱器擴(kuò)散板表面的最高溫度Tmax、平均溫度Tavg、散熱器流阻p以及各自的偏差如表2.5所示。從表中可以看出，剛開始隨著網(wǎng)格的加密，擴(kuò)散板的最高溫度、平均溫度以及流道流阻的變化都很大，最高溫度和平均溫度的偏差超過了2%，而流阻的偏差更是達(dá)到了近9%；但當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到20萬(wàn)以后，隨著網(wǎng)格的加密，最高溫度、平均溫度以及流阻的變化已經(jīng)很小了，它們的偏差均已小于1%。因此，根據(jù)計(jì)算量和計(jì)算精度的綜合考慮，選取網(wǎng)格數(shù)為193726。在后續(xù)的工作中，增加的優(yōu)化模型由于其總體尺寸沒有變化，網(wǎng)格