面向数据中心散热的方形微针肋散热器结构优化

摘要

为了解决数据中心高热流密度服务器内微针肋散热器的流动阻力与传热性能的协同优化问题，通过三维热-流-固耦合数值模拟，系统研究方形微针肋散热器的针肋高度(H_fin)、边长(D_fin)及纵向间距（S_t）对散热器流动阻力与传热性能综合性能的影响机制。基于Ansys Fluent采用有限元分析法建立周期性对称模型，完成多物理场耦合数值计算，通过典型特征截面的流场与温度场分析，揭示几何参数对流动结构与传热性能的调控规律；最终，以通道压降（ΔP）、努塞尔数（Nu）为优化指标，完成散热器结构的多目标协同优化。结果表明：在雷诺数Re=600条件下，当H_fin在[1.00,150] mm范围内时，针肋与流体的有效换热面积不足，导致散热器对流换热能力显著衰减，而当H_fin在[1.50,2.00] mm范围内时，因针肋阵列区流道有效过流面积大幅收缩，诱发换热介质的流动阻力急剧攀升，导致散热器综合热工性能显著降低；换热介质在方形微针肋散热器中的流动阻力随H_fin、D_fin的增大和S_t的减小而上升；综合流动阻力和传热性能2种性能指标，方形微针肋散热器的最优参数组合为H_fin=1.50 mm、D_fin=0.20 mm、S_t=1.00 mm。研究成果可为高热流密度场景下微针肋散热器的精细化设计与性能优化提供理论依据与数据支撑。

关键词

工程传热、传质学 / 数据中心 / 方形微针肋散热器 / 流动阻力 / 散热性能 / 结构优化