第二章 微通道换热器传热理论基础

2。1 微通道换热器系统工作原理

2。1。1 微通道换热器整个换热系统

图 2-1: 微通道换热系统工作原理图

如图 2-1[1]所示：整个微通道换热器工作系统是由微泵，微通道换热器 A 和 微通道换热器 B，冷却液输送管道即连通管，还有热点模块（热电换热器）这些 结构组成[10]。微泵提供微通道换热器流体的动力输出源。微泵是使微通道换热器 管道内强制对流换热的决定性因素。微通道换热器系统通过热电末块来实现和外 界热量的交换。当电子芯片的工作温度超过其正常的工作温度时，电子芯片通过 热传导的方式，将大部分热量（微通道换热器是由高导热材料制成，热传导效率 较高）传递给微通道换热器 A，然后微通道换热器 A 内的冷却液和微通道换热 器壳进行对流换热，之后连通管把热流体带到了微通道换热器 B，这时候，热电 模块从微通道换热器 B 中吸收热量，热电模块再将热量传递到外界环境中。微 通道换热器 B 换热效率比芯片与微通道换热器 A 要大很多，以此来实现微通道 换热器冷却液可迅速降温，微泵再将冷却过后的冷却液输送到微通道换热器 A 的一个循环过程。

同理，当电子芯片的工作温度低于其正常工作温度时，热电模块从外界环境 中吸收热量，这时，微通道换热器 A 和微通道换热器 B 的工做机制刚好相反，

微通道换热器 B 从热电模块吸热，并通过连通管把热流体输送给微通道换热器 A，微通道换热器 A 把热量传递给电子芯片，从而保证了电子芯片始终在一个正 常的工作温度下进行工作，从而保证了电子芯片工作的可靠性。

2。2 流动及传热基本方程

2。2。1 基本方程构造原理

在一个有限体中，根据该有限体的运动情况，由体积的尺寸来构造质量守恒， 动量守恒以及能量守恒的流体流动的基本积分型方程，还有流体传热的基本积分 型方程，这些方程称为基本方程构造原理。

流体力学中三个基本微分方程：

1。质量守恒方程：又称为连续性方程,该方程反映在给定的一个封闭系统中质 量不变的定律,该方程用来描述流体个参数的变化规律，比如密度[11]。

根据质量守恒定律可得 ：

2。动量守恒方程：是指在经典力学中线性动量 P=mv,是物体的质量 m 和速度 v 的乘积。它也是一个守恒的量。即在一个不受外力作用的闭合系统中，它的总 线性动量不能改变。这就是动量守恒定律。虽然线性动量守恒最早在牛顿第二运 动定律里出现，但在狭义相对论中，线性动量守恒同样是有效的。线性动量守恒 经过普遍化定义后，它在电动力学，量子力学，量子场论和广义相对论中都是有 效的。微通道换热器中冷却液的流动符合动量守恒方程。通过该方程可以计算出 微通道换热器中流体的流速 [12]。根据动量守恒定律可得：

3。能量守恒方程：在自然界的各种变化中，能量既不会无中生有，也不会自 行消灭，只会从一种形式转化为另一种形式，而转化时总能量是恒定的。在微通 道换热器中，流体的能量主要包括流体自身的内能以及微通道换热器传递给流体 的热量 [13]   。符合傅里叶定律。

由能量守恒定律可得:

以上的方程（2-1），方程（2-2），方程（2-3）是构成流体力学的基本方程。 当知道微通道换热器的初始条件和边界条件就可以对上面三个方程进行微分。从 而就能求出微通道换热器速度场，温度场以及热应力场。但需要注意的是，上面 三个方程并不是封闭的。必须要不全微通道换热器的状态方程，流体之间的运动 关系方程才能够封闭。文献综述