小尺度溝槽表面與近距離平面構(gòu)成通道的傳熱特性研究.pdf

1、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)被廣泛應(yīng)用于電力傳動(dòng)系統(tǒng)、電源、變頻器等裝置中,并是實(shí)現(xiàn)其功能的關(guān)鍵元件。IGBT工作時(shí),其開關(guān)會(huì)處于高頻的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài),大量的電能將被轉(zhuǎn)化成熱能。因此,如何保證IGBT內(nèi)部結(jié)點(diǎn)溫度不超過其正常工作時(shí)所允許的最大溫度顯得尤為重要。當(dāng)熱流密度大于100 W/cm2時(shí),傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)已經(jīng)滿足不了要求。為此,論文提出一種小尺度溝槽表面通道。該通道由兩塊帶有溝槽結(jié)構(gòu)粗糙表面的基板和一塊平表面芯板組成,芯板被夾在兩塊

2、基板中間組成夾層型結(jié)構(gòu)以節(jié)省空間,芯板兩側(cè)為平表面,并分別與基板粗糙表面組成小尺寸流體通道。在兩塊基板外表面均可安裝IGBT單元以同時(shí)對(duì)兩個(gè)IGBT單元進(jìn)行冷卻。為了獲得小尺度溝槽表面通道的傳熱特性,采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析相結(jié)合的方法對(duì)小尺寸溝槽表面通道的換熱特性進(jìn)行研究。
　　研究內(nèi)容包括:實(shí)驗(yàn)試件、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工;實(shí)驗(yàn)獲得小尺度溝槽表面及平滑表面通道的傳熱特性;建立傳熱性能評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)價(jià)小尺寸溝槽表面通道傳熱性能;采用SIM

3、PLE數(shù)值方法,對(duì)溝槽表面通道內(nèi)的流動(dòng)與對(duì)流換熱特性進(jìn)行了分析。
　　研究結(jié)果表明:溝槽表面可顯著強(qiáng)化傳熱,在相同質(zhì)量流量、相同泵功率、相同壓力損失三種比較準(zhǔn)則下,新型溝槽表面通道散熱器所傳出的熱量與平表面通道散熱器傳熱量之比均大于1.0;計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性及數(shù)值方法的可行性得到相互印證;通過與現(xiàn)有常規(guī)微槽道通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比表明,對(duì)較大面需冷卻的結(jié)構(gòu),小尺度溝槽表面通道結(jié)構(gòu)在消耗單位泵功率前提下可有效提高換熱