シリコンウェハー上に作成された微細流路における二相流の自励振動

在硅片上创建的微通道中两相流的自激振动

基本信息

批准号：
14655085
负责人：
高田保之
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,シリコンウェハー上に作成された微細流路内の気液二相流を自励振動させて,熱輸送の促進を行い,10^7W/m^2程度の高熱負荷に対応可能な冷却デバイスを開発することを目的とする.流路の左側を加熱,右側を冷却することにより,中央部分で気相と液相に分離するが,微細流路はマルチチャンネルを形成しているので,適度な条件を与えれば自励振動が発生し,大幅な伝熱促進効果が期待できる.本研究で開発を目指すものは半導体製造プロセスを応用して,シリコンウェハー上に50〜200mm程の寸法の流路を作成し,そこに気液二相流を流すことで自励振動を発生させようとするものである.本年度は,巾225μm,深さ120μm,長さ30mm,ターン数19のマイクロヒートパイプをシリコンウェハー上に試作し,作動流体にHCFC-141bを用いて流動可視化実験を行った.テスト部は真空容器内に設置し,対流による熱損失が生じないようにした.安定的な自励振動は発生しなかったが,非定常な流動振動により,有効熱伝導率が22.7%増加した.シリコンウェハーはアルミニウムと同程度の熱伝導を有しているので,振動による熱輸送よりも伝導伝熱が支配的である.一方,振動流による壁面との伝熱機構を明らかにする目的で,パルス管冷凍機の数値シミュレーションも実施した.この数値シミュレーションにより,ベーシック型パルス管冷凍機におけるSurface Heat Pumpingメカニズムによる冷凍原理が明らかになった.

在这项研究中，我们通过在硅片上创建的微通道中自振荡气液两相流来促进热传输，目的是支持约10^7W/m^2的高热负荷。开发冷却装置，通过对流道左侧进行加热，对右侧进行冷却，使气相和液相在中心部分分离，但微流道形成多通道。因此，如果给定适当的条件，就会发生自激振动，并且可以预期显着的传热促进效果。我们在这项研究中的目标是开发将半导体制造工艺应用于直径约为50 至 200 mm 的目的是通过创建尺寸为的通道并让气液两相流流过其中来产生自激振动。在硅片上制作了长度为 30 mm、匝数为 19 的微型热管，并使用 HCFC-141b 作为工作流体进行了流动可视化实验，虽然没有发生稳定的自激振动。由于非定常流动振动，有效导热率增加了 22.7%。由于硅片的导热率与铝相当，因此传导传热比振动引起的传热更占主导地位。另一方面，本研究的目的是阐明由于振动导致的壁与壁之间的传热机理。我们还对脉冲管制冷机进行了数值模拟，通过这个数值模拟，Surface。阐明了利用热泵机构制冷的原理。