V型微通道热沉的流体流动与传热问题研究

二极管泵浦固态激光器(简称DPSSL)是90年代发展起来的一种新型激光器，具有效率高、光束质量好、结构紧凑和寿命长等优点。随着激光二极管(DL)列阵输出功率的提高，热效应成为制约高功率DL发展的关键技术之一。而固态激光器中的热效应会造成两个后果：热应力导致工作介质破坏，从而限制了激光器的输出平均功率；畸变导致激光光束质量下降，使输出激光的亮度降低。所以激光二极管列阵以及其它高功率密度器件如微波功放、高性能CPU等，都存在热管理问题，因此热管理问题也成为目前研究热点之一。 基于MEMS技术的Ⅴ型微通道冷却器具有低热阻、低流量，高效率以及体积小等特点，能够对激光二极管列阵以及其它高功率密度器件进行快速、高效地散热，成为一种新型的散热方案。本文对用于DL列阵组装的Ⅴ型微通道冷却器中的核心部件Ⅴ型微通道热沉进行了研究。 Ⅴ型微通道热沉结构复杂，是一个不规则体，所以对其进行理论分析时，遇到很多困难。由于矩形微通道的理论分析比较成熟，所以最终采用了将Ⅴ型微通道热沉划分为多个矩形微通道的方法进行理论研究。虽然引入了大量的假设条件，但仍不失为一种针对此类复杂问题简化的有效分析方法。 研究过程中采用了数值仿真的方法调研了Ⅴ型微通道的几何结构参数和边界条件对微通道散热性能的影响。仿真结果表明，流速、入口长度、微通道宽度对Ⅴ型微通道热沉的散热性能影响较大。 利用项目组研制的Ⅴ型微通道热沉样品，模拟热源加载，进行了测试热沉散热性能的实验。对比实验数据与仿真结果，结果吻合，证明了仿真结果的有效性。 最后，对Ⅴ型微通道热沉进行了可制造性设计(DFM)，将工艺约束条件与结构参数设计结合在一起，提高了Ⅴ型微通道热沉的可制造性，降低制造成本。