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纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

第59卷第9期2008年9月

Journal

of

Chemical

Industry

and

Engineering(China)

V01.59September

No.92008

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

吴信宇,吴慧英,屈

健,郑

(上海交通大学机械与动力工程学院动力机械与工程教育都重点实验室,上海200240)

摘要:对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基7-A1zOs纳米流体在当量直径为194.5“m的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。关键词:纳米流体;硅微通道;对流换热;强化换热;流动阻力中图分类号:TK

124

文献标识码:A文章编号:0438—1157(2008)09—2181—07

Flowandheattransfercharacteristicsofnanofluids

insiliconchipmicrochannels

WUXinyu。WUHuiying,QU

(School

Jian,ZHENGPing

ofMechanical

andPowerEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240。China)

Abstract:An

experimentalinvestigation

was

performed

on

the

single-phase

flowandheat

transfer

characteristicsthroughsilicon-basedtrapezoidalmicrochannelswithdeionized(DI)waterand7-AIz03

hydraulicdiameterof194.5umusing

nanofluidsofvolumefractions0.150A

and

on

0.26%respectively.The

effectsofReynoldsnumber,Prandtlnumberandnanoparticleconcentrationcharacteristics

were

investigated.Theresults

showedthat

the

pressure

theconvectiveheattransfer

and

flow

resistance

for

drop

nanofluidsandD1considerably

as

waterwereapproximatelythe

same,buttheNussehnumberofnanofluids

increased

comparedwiththatofD1water.With

thesamepumpingpower,usingnanofluidsinsteadof

D1watercausedthereductioninthermalresistance.ItwasalsofoundthatNusseltnumberincreasedwiththeincreaseinnanoparticleconcentration.andthehigherbulk

heattransferenhancementwas

moreobvious

at

theof

temperatureofnanofluids.Based

wasproposed.The

results

on

theexperimental

in

data,adimensionlesshelp

to

correlationdesign

Nusseltnumber

presented

thispaper

guide

the

ofhigh

efficiencyintegratedchipcoolingsystem.

Keywords:nanofluids;siliconmicrochannels;convectiveheatresistance

transfer;enhancedheattransfer;flow

2008—01--03收到初稿。2008一03—23收到修改稿。

Received

date:2008一01一03.

联系人:吴慧英。第一作者:吴信宇(1982一),男,博士研究生。

基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-06—

FoundationCorresponding

author:Prof.WUHuiying.E--mail:whysrj@

situ.edu.cn

item:supported

in

by

the

Programfor

New

Century

0406);上海市教委科研创新项目(08ZZl0)。

ExcellentTal∞ts

University(NCET-06—0406)andtheInnovation

Education

ProgramofShanghaiMunidpal

Commission(08ZZl0).

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