多孔介质方腔内置芯片热流耦合的LBM数值模拟

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陈岳 ¹，马明 ²，张莹^3* ，过海龙³，万启坤³

1. 南昌大学高等研究院，江西南昌 3300312. 圣母大学航空机械系，印第安纳州 46556，美国3. 南昌大学机电工程学院，江西南昌 330031

收稿日期:2019-03-28修回日期:2019-06-01出版日期:2020-02-22发布日期:2020-02-19
通讯作者:张莹

基金资助:国家自然科学基金;江西省自然科学基金

Lattice Boltzmann numerical simulation of flow thermal coupling in porous media with electronic chips

Yue CHEN¹, Ming MA², Ying ZHANG^3*, Hailong GUO³, Qikun WAN³

1. Institute for Advanced Study, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China2. Department of Aerospace and Mechanical Engineering, The University of Notre Dame, Indiana 46556, America3. School of Mechatronics Engineering, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China

Received:2019-03-28Revised:2019-06-01Online:2020-02-22Published:2020-02-19
Contact:Ying ZHANG

Supported by:;Natural Science Foundation of Jiangxi Province

摘要/Abstract

摘要： 基于格子Boltzmann方法的渗流多孔介质耦合双分布模型，对表征体元（REV）尺度下含电子芯片的多孔介质自然对流进行数值模拟研究，主要研究不同物性参数对多孔介质自然对流的影响以及单电子芯片尺寸、多芯片布局等因素对电子芯片表面散热性能的影响。得出了如下研究结果：对于恒温单芯片的多孔介质自然对流，在达西数Da=10-2时存在临界芯片尺寸。在临界芯片尺寸条件下，流场扰动较更小的芯片尺寸更强，传热性能却几乎不变。不同瑞利数Ra条件下临界芯片尺寸不同，Ra越大，临界芯片尺寸越大，在Ra=103时临界芯片尺寸为0.203125倍方腔边长，Ra=104时临界芯片尺寸为0.25倍方腔边长，Ra=105时临界芯片尺寸为0.390625倍方腔边长。当多孔介质渗透率降低时，即Da=10-4时，不存在临界芯片尺寸，且芯片表面和冷壁处的平均Nusselt数均随Ra的增大而增大。对于恒温多芯片的多孔介质自然对流，在多孔介质渗透率较大(Da=10-2)的情况下芯片横排布置可取得最佳换热效果，在渗透率较小(Da=10-4)时芯片布局宜采用对角分布。

引用本文

陈岳马明张莹过海龙万启坤. 多孔介质方腔内置芯片热流耦合的LBM数值模拟[J]. 过程工程学报, 2020, 20(2): 123-132.
Yue CHEN Ming MA Ying ZHANG Hailong GUO Qikun WAN. Lattice Boltzmann numerical simulation of flow thermal coupling in porous media with electronic chips[J]. Chin. J. Process Eng., 2020, 20(2): 123-132.

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