摘要：隨著高性能計算（HPC）、云計算、人工智能等行業迅猛的發展，計算機芯片的熱流密度持續升高。為了保證計算機高效、穩定的運行，對散熱問題的解決提出了巨大的挑戰，相變散熱是一種非常有優勢的散熱方式，近幾年受到人們廣泛關注。文中對相變散熱的核心部件均熱板進行研究，均熱板的微槽道結構對其散熱效果具有很大的影響，通過對矩形、V形、 圓弧形微槽道均熱板的數值模擬仿真分析，研究其內部流體域溫度、壓力、速度的變化情況，發現V形槽均熱板具有最好的 散熱效果，矩形槽次之，圓弧U形最差；圓弧U形槽均熱板的均溫性最好，矩形和V形槽較差；三種微槽道結構內部流體域流 動速度較緩慢。 

關鍵詞：均熱板；相變；數值模擬；微槽道

近年來隨著微電子技術的迅猛發展，電子器件的體積不斷縮小，集成度不斷提高，這使得單位體積內的發熱量越來越大。因此，為保證電子器件高效、穩定地運行，必須利用有效的散熱技術來防止過高的工作溫度。

而均熱板通過內部工質液的相變 （氣-液往復循環） 來達到散熱目的，是一種非常高效的散熱方式，它不需要任何移動電源，避免了傳統散熱方式耗電能的劣勢，是一種非常節能、綠色、環保的高性能散熱裝置。故本文針對V 形、圓弧和形微槽道結構均熱板為研究對象，利用Fluent 軟件進行均熱板內部流體域數值模擬，研究不同的微槽道結構形狀對均熱板散熱性能的影響。

從外觀來看，均熱板類似于一種平面板狀物，上下各有一個像蓋的結構相互密合，在密封真空腔體內有支撐柱，通常以去離子水為工作流體。同時，均熱板內部存在于類似毛細管道的微結構，最常見的微結構類型有3 種：粉末燒結、金屬網層和平行凹槽。均熱板的工作原理包括傳導、蒸發、對流、凝結，均熱板在工作時, 內部工質受熱或冷卻時發生液相到氣相和氣相到液相的相變過程 , 可 吸收和釋放大量的熱來進行熱量的快速傳遞。

本文以矩形、V 形、圓弧U形微槽道結構均熱板為研究對象，由于均熱板內部為密封的真空腔體，很難觀察到其內部流體域變化情況，故利用Fluent軟件進行數值模擬，分析微槽道結構 對流體域參數變化的影響。因為真實均熱板微槽道結構數量非常之多，數值模擬時所耗費的時間長且對硬件設施要求高，故選取從真實均熱板內部切出一個小單元體為仿真模型，運用有限元的思想，以部分代替整體來研究類似毛細管道的微槽道結構形狀對均熱板散熱性能的影響，對比3種結構選出最優方案，為均熱板微槽道結構設計提供一些理論依據，同時本文還研究了3種結構均熱板的均溫性及內部流體域壓力、速度變化情況。

2.1 三維模型構建

本課題以微結構尺寸如圖3所示，以直徑為6 mm,高度為3 mm的圓盤狀均熱板為研究對象，利用UG三維軟件構建三種微槽道結構，如圖4所示，該模型選取自實際應用均熱板的一個小單元，運用有限元思想，以部分代替整體。將該模型導入Geometry模塊，進行邊界條件定義。

本課題使用Mesh自動劃分網格功能，打開Mesh模塊，在樹狀圖下方選擇CFD(計算流體力學)及Fluent(流 體)，尺寸高級功能選擇Proximity(打開接近)，運用相關性和相關中心兩個維度來調節網格大小，選擇合適的網格。 

Fluent模塊包括7個方面的設置，分別為通用模塊、材料模塊、模型模塊、邊界條件模塊、求解模塊、初始化模塊及計算模塊。

3.1 3種微結構散熱性能比較

3種微槽道結構均熱板的邊界條件為蒸發端熱源溫度為573 K，冷凝端冷流溫度為283.15 K，壁面為輻射散熱溫度值為298.15 K，即室溫為25 ℃。根據均熱板的工作原理，冷凝端會有熱源從蒸發端傳遞而來，而蒸發端同樣會有冷流從冷凝端傳遞過來，故通過對比討論3種均熱板（矩形、V形、圓弧U形）冷凝端的溫度最大值T_max與蒸發端的溫度最小值T_min可以判別哪種微結構均熱板傳熱速度的快慢，進而研究均熱板的散熱性能的好壞。

均熱板冷凝端的T_max越大，其熱源從蒸發端傳至冷凝 端的速度越快，從圖5中可以看出矩形和V形微槽道均熱 板的T_max很接近，其遠遠大于圓弧U形，說明矩形與V形的熱傳遞速度相近大于圓弧U形；均熱板蒸發端的T_min越小， 其冷流從冷凝端傳至蒸發端的速度越快，從圖6可以看出矩形和V形微槽道均熱板冷流的T_min同樣很接近，遠小于U 形，也說明矩形與V形的熱傳遞速度相近且大于圓弧U 形。因此三種微槽道均熱板的熱傳遞速度矩形與V形接近，圓弧U形最差。

傳熱量同樣也是表征均熱板散熱效果好壞的一個參量，圖7表示了3種不同微槽道結構隨時間（從上往下）變化的軸截面溫度云圖，從圖中可以看出這3種結構的溫度云圖均呈梯度式分布，隨著時間的變化，V形槽道均熱板的傳熱量最大，矩形次之，圓弧U形最差。

因此，通過傳熱速度與傳熱量的兩個維度的分析，最終得出V形槽道具有最好的傳熱效果，即V形微槽道均熱板結構具有最好的散熱效果。

3.2 3種微結構均溫性的研究

均溫性對均熱板的好壞具有很大影響，本課題比較了3種不同微槽道結構蒸發端與冷凝端的ΔT，從圖8和圖9中可以看出，圓弧U形微槽道均熱板具有最好的均溫性， 矩形和V形次之。

3.3 均熱板內部流體域速度變化情況研究

從表1可以看出3種微結構槽道均熱板內部流體域 均的速度變化情況較緩慢，這極有可能是因為均熱板是一個無需電源、無需任何移動組件，完全密封的被動式裝置。