微通道散热器设计优化研究：针对单/多热点热源的解决方案

5.1 总结

本文针对单热点热源条件和多热点热源条件分别设计了微通道散热器。

针对单热点热源条件，设计了一种中间入口混合式微通道散热器(IM-HM)，并通过数值分析方法与传统矩形微通道散热器(RM)进行热力性能对比。结果表明，针对热点热源条件进行微通道散热器设计可以更有效地进行散热，IM-HM甚至只需要 RM 微通道散热器 1.6% 的功耗就可以将最高温度降至与 RM 相同，且温度分布更加均匀。

针对多热点热源条件，设计了一种热点靶向冷却歧管式微通道散热器(HT-MMCHS)，并通过数值分析方法与其他三种散热器进行热力性能对比。研究表明，HT-MMCHS 在散热效率和温度均匀性方面都具有优势。

此外，本文采用代理模型对微通道散热器在不同热源及结构条件下的热力性能进行预测，并使用优化算法对微通道散热器结构参数进行优化。通过二次开发及脚本语言的方式大幅缩减了实验设计及仿真计算中所需要的人力时间。

通过研究得到以下结论：

• 针对热点热源条件进行微通道散热器设计可以更有效地进行散热。
• 需要对散热器进行分区设计，这不仅是其需要将热点区域冷却液质量增加所采用的特殊结构所要求的，同样也可以提高背景区域的换热能力，避免背景区域的过度冷却和额外的功耗。热点区域和背景区域分区的设计也可以更好地应对不同的热通量差异的热点热源条件。
• 在散热器设计中不仅要考虑其整体布局，小的结构也需要考虑。在 IM-HM 散热器设计中增加倒角这一微小的改变最大使功耗降低了 63.4%。

本文的研究为微通道散热器的设计提供了一定的思路和指导。

5.2 展望

虽然本文针对单/多热点热源条件所设计的两种微通道散热器取得了良好的散热器效果。在微通道散热器热源面温度预测及微通道结构参数优化方面也取得一定成果，但由于时间和客观条件限制仍然存在许多不足，后续研究可以从以下几个方面开展：

• 本文所有的研究都是在单相对流换热的基础上进行的，多相流换热可能在热点热源条件下有着较大的散热差异。
• 两种散热器都是作者在不断设计、仿真分析、结构改进中所得到的，花费了大量的时间在结构探索之上。或许可以采用拓扑优化的方法进行微通道散热器设计。现在拓扑优化还存在诸多问题但其所生成的结构或许能为散热器设计提供思路。拓扑优化也更符合科技发展方向，亦或是智能设计、自动设计。
• 优化始终是仿真的一个重要目的。基于代理模型的优化方法可以大幅缩短传统优化方法中有限元计算所耗费的时间，且能获得较好的优化效果。本文对于基于代理模型的优化方法还不够深入。

未来的研究可以集中在这些方面，以进一步提高微通道散热器的性能和效率。