印刷电路板换热器传热与阻力特性研究

赵 靖，孙鸿斌，王兴彬

（山东汉特工业设备制造有限公司，山东 济南 250000）

1 印刷电路板换热器发展现状

随着社会经济的不断发展，现代化科学信息技术逐渐完善，印刷电路板换热器是一种新型紧凑式热交换器，并以其自身的优势得到社会广泛的认可。印刷电路板换热器具有耐高温、耐高压的优点，将在今后的光电发热等相关的领域发挥巨大的作用。印刷电路板换热器发明时间较早，在最初的研究阶段，相关的研究技术人员注重对印刷电路板的板片研究工作，逐步优化印刷电路板板片的加工工艺，并对流体传热性能进行详细的分析，最终得出了印刷电路板换热器半圆形界面通道。随着科学信息技术的不断发展，国内外研究学者纷纷通过三维数值模拟的方式对印刷电路板换热器进行研究，并从不同的角度进行分析，对印刷电路板换热器传热与阻力特性情况进行研究。为了保证研究结果的准确性，对雷诺数的传热性能进行阐述，实时观察流体核心区域的分布情况，传热效果随着边界层逐渐分离而提升。由于印刷电路板换热器的半圆形截面通常采用Zigzag通道模型，国内外的研究学者注重对Zigzag通道运行情况进行分析，并得出相应的传热与阻力系数，在对印刷电路板传热器进行研究时，将雷诺数、努赛尔数、摩擦因子等参数信息进行整合，将质量流量保持在均衡的水平，对努赛尔数进行适当的调整，此时观察阻力将以及摩擦因子的变化，可以得出阻力将及摩擦因子与努赛尔数之间呈现负相关的关系，阻力将及摩擦因子随着努赛尔数的增加而减小。当前正加大力度对印刷电路板换热器传热与阻力特性进行研究，对相关的影响因素进行充分的考虑，为日后印刷电路板换热器在社会中广泛应用奠定基础，有利于后续研究工作的顺利进行。

2 印刷电路板换热器传热与阻力特性物理模型与边界条件

此次印刷电路板换热器传热与阻力特性物理模型主要选用不同肋结构的模型进行研究。当选用平直肋片印刷电路板传热器时，将平直肋片印刷电路板传热器的入口宽度控制在6.5mm，平直肋片印刷电路板传热器的直径控制在2mm，长度控制在143.2mm。当选用非连续性肋片印刷电路板时，将非连续性肋片印刷电路板的入口宽度控制在6.3mm，高度控制在0.88mm，长度控制在143.2mm，排数控制在20mm。将不同类型肋片结构的印刷电路板换热器的物理模型进行构建，相关的研究设计人员要对印刷电路板换热器的散热表面的热流密度进行研究，保证材质符合物理模型构建的实际情况，将换热工质以及入口温度科学的调整好，并将工作压力调整到最佳区间。同时，印刷电路板换热器的肋片结构具有多样性，此次的研究将选用平直肋片印刷电路板传热器与非连续性肋片印刷电路板传热器进行研究，通过构建物理模型可以发现，平直肋片印刷电路板传热器通道内部具有独立性的特点，流动扰动较弱，而非连续性肋片印刷电路板传热器当各个通道在流动时，内部流动存在不规则性。在实际的印刷电路板换热器传热与阻力特性物理模型与边界条件研究的过程中，相关的研究技术人员对印刷电路板换热器的电子元件表面进行观察，为了保证电子元件的正常发热，要及时与印刷电路板换热器的下表面进行接触，并逐步实现热量的传导。在印刷电路板换热器传热与阻力特性的边界条件限定的环节中，通过输入冷水的形式由印刷电路板换热器的左侧输入并由右侧流出，此时的左右两侧为对称边界，电子元件的下表面以及上表面分别为恒热流边界、绝热边界，并逐步对其进行科学的运算[1]。

3 印刷电路板换热器传热与阻力特性的网络无关性与方法有效性验证

在进行印刷电路板换热器传热与阻力特性的网络无关性与方法有效性验证过程中，要对当量直径定义进行详细的了解，将最小流通截面积与最小流通截面周长的单位设定为mm，为了保证验证结果的准确性，将雷诺数、流体密度、流体在通道内最小流通截面的最大流速以及流体动力粘度充分考虑在内，并将无量纲数、平均对流传热系数、导热系数进行研究。同时，在进行数值模拟计算的过程中，要求相关的研究技术人员选择最佳的湍流模型，并实时对壁面的周围边界层的流动情况进行实时的监测，注重边界层网格的设计过程，在边界层网格的设计环节中，对相关技术研究人员的专业知识技能水平要求较高，在前期的准备阶段，要注重加强相关技术研究人员的专业知识技能培训工作，依托现代化科学信息技术的优势将理论知识与实践经验充分的结合在一起，保证验证结果的真实性。此次研究的是不同肋片的印刷电路板换热器传热与阻力特性的网络无关性与方法有效性验证，在进行无关性验证的环节中，注重网络节点的选择，以186网络节点为参照点，实时观察网络节点大于186以及小于186时验证结果变化的实际情况。为了保证选取网络节点的准确性，对流体工质以及不同肋片的印刷电路板换热器的肋片结构进行研究，并与计算结果进行参照，当流体出口的平均温度和单位长度阻力的计算结果的误差较小时，此时的印刷电路板换热器传热与阻力特性的网络无关性与方法有效性验证结果较为精确[2]。

4 印刷电路板换热器传热与阻力特性研究结果与讨论

此次印刷电路板换热器传热与阻力特性研究选用的是平直肋片印刷电路板传热器以及非连续性肋片印刷电路板传热器，并对雷诺数及相关的参数信息进行分析，对不同参数下的印刷电路板换热器传热与阻力特性进行观察。当雷诺数保持一致时，观察不同肋片结构的印刷电路板换热器的壁面表面温度，对流体带走的热量情况进行研究，在研究中发现，平直肋片印刷电路板传热器的结构压力损失较小，一定程度上与非连续性肋片印刷电路板传热器的内部通道流体的不稳定有关。当圆形肋片印刷电路板传热器的结构压力损失较大时，会对边界层产生一定的影响，导致壁面的热阻力下降。同时，热传性能的强度随着避免热阻力的减小而增强。经过研究结果可以看出，非连续性肋片印刷电路板传热器的传热性能较好，在实际的研究环节中，相关的研究技术人员根据非连续性肋片印刷电路板传热器的传热性能的实际情况对其非连续性肋片进行逐步的优化，并对不同结构类型的印刷电路板传热器的结构进行分析。在印刷电路板换热器传热与阻力特性研究结果中显示，不同肋片的印刷电路板换热器的传热性能与雷诺数以及努赛尔数有关，在此研究中发现，平直肋结构的印刷电路板换热器的传热性能较差，并随着雷诺数的降低逐渐缩小不同肋结构的印刷电路板换热器的传热性能差距，当雷诺数增加时不同肋结构的印刷电路板换热器的传热性能差距间逐渐扩大。在对印刷电路板换热器传热与阻力特性进行研究时，要求相关的技术研究人员要综合考虑多种因素，对不同肋片结构的印刷电路板换热器进行研究，逐步提升电子元件的散热性能[3]。

5 结 语

目前，高热流密度电子器件已经广泛的应用在社会的各个领域，并成为当前社会关注的重点。注重印刷电路板换热器传热与阻力特性研究工作，加强印刷电路板换热器传热与阻力特性研究的模型构建过程，科学网络独立性及模型有效性进行验证，逐步优化模型的构建流程，加强不同通道角度对流体传热与流动特性的影响规律研究，建立健全监督运行保障机制，保证电子系统安全运行。