Strömungs- und thermische Modellierung von flüssigem Metall in erweiterten Mikrokanal-Kühlkörpern

Aug 08, 2023

16. Juni 2023

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von Frontiers Journals

Flüssigmetall mit seiner überlegenen Wärmeleitfähigkeit wurde als neuartiges Kühlmittel in Mikrokanal-Kühlkörpern (MCHS) verwendet. MCHSs auf Flüssigmetallbasis leiden jedoch unter der geringen Wärmekapazität des Kühlmittels, was bei der Wärmeableitung mit hoher Leistung zu einem übermäßigen Temperaturanstieg des Kühlmittels und des Kühlkörpers führt.

Kürzlich stellte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Weil Rao vom Technischen Institut für Physik und Chemie (CAS) fest, dass die Konvektion am Ende der Rippen für die Verbesserung der Wärmeübertragung nicht von Bedeutung ist. Durch das Abschneiden der Rippenenden und das Zurückhalten von erweitertem Raum zur Erhöhung der Kühlmitteldurchflussrate in der festgelegten Größe wird die Wärmeübertragung wesentlich effektiver.

Dieser erweiterte Mikrokanal-Kühlkörper (E-MCHS) ermöglicht den Durchfluss von mehr Kühlmedium, ohne die Größe des Kühlkörpers zu verändern, was die Verarbeitung schwieriger macht und die Stabilität des Kühlkörpers zerstört. Diese Studie mit dem Titel „Flow and Thermal Modeling of Liquid Metal in Expanded Microchannel Heat Sink“ wurde in Frontiers in Energy veröffentlicht.

In dieser Studie wurden der Fluss und die thermische Leistung von flüssigem Metall in E-MCHS mithilfe numerischer Simulation und des 1D-Wärmewiderstandsmodells untersucht. Im Vergleich zu MCHSs bieten E-MCHSs einen größeren Raum für Kühlmittel, indem sie die Rippen verkürzen oder die Abdeckplatte anheben, und der erweiterte Raum an der Oberseite der Rippen könnte die Wärme innerhalb der Mikrokanäle verteilen und so den Temperaturanstieg von Kühlmittel und Kühlkörper verringern.

Die Wärmeleitung des flüssigen Metalls in Z-Richtung und die Wärmekonvektion zwischen der Oberseite der Rippen und dem flüssigen Metall können zu einer maximalen Reduzierung des Gesamtwärmewiderstands um 36 % führen. Der obige Prozess war effektiv für Mikrokanäle mit niedrigem Kanalseitenverhältnis, niedriger mittlerer Geschwindigkeit oder großer Kühlkörperlänge.

Mehr Informationen: Mingkuan Zhang et al., Strömungs- und thermische Modellierung von Flüssigmetall in erweiterten Mikrokanal-Kühlkörpern, Frontiers in Energy (2023). DOI: 10.1007/s11708-023-0877-5