內嵌多孔材料矩形微通道復合熱沉的構形優化*

李文龍 謝志輝 奚 坤 關瀟男 戈延林

（1.海軍工程大學動力工程學院 武漢 430033）（2.武漢工程大學熱科學與動力工程研究所 武漢 430205）（3.武漢工程大學機電工程學院 武漢 430205）

1 引言

電子科技日新月異，電子器件越趨向于微型化、高密度集成化和高頻化。其單位體積的發熱功率激增，熱點溫度升高，且溫度場不均勻性所導致的熱應力和形變也威脅到器件的可靠性，影響設備整體性能的正常發揮[1～2]。傳統的冷卻技術難以滿足高熱流密度器件的散熱需求，微通道液冷熱沉已成為應對這一技術需求的有效手段[3～4]。

1996年，Bejan發現了構形定律，提出了構形理論[5～7]，并首先應用于電子器件散熱研究[6]。陳林根等[8]最早將構形理論引入國內并定名。構形定律可簡要表述為事物結構源自于性能達到最優[9]。構形理論已被應用到多個學科領域，在液冷微通道熱沉的設計中同樣展現出了明顯優勢[10]。Salimpour等[11]對一至三層圓形截面微通道熱沉進行構形設計，得到了各層直徑對熱沉最高溫度的影響規律。Dadsetani等[12]改變輻射狀脈管熱沉通道的回流形式，得到了熱沉最高溫度和最大應力隨回流通道個數的變化規律。

過增元院士等[13～14]定義了新的物理量—火積 ，用于描述物體具有熱量傳遞能力的大小，提出了火積耗散極值原理，為傳熱傳質優化奠定了新的理論基礎[13～17]。陳林根[9，15～16]將構形理論與火積 理論相結合開辟了傳熱傳質及廣義傳遞過程優化的新方向[7，9～10，15～16，18～20]。馮輝君等[18]基于火積 耗散極值原理，研究獲得了最優的“+”形高導熱材料通道分布。……