微電子領(lǐng)域遵循摩爾定律飛速發(fā)展,伴隨晶體管集成度的不斷提高,高速電子器件的熱密度已達1000W/cm2,散熱已經(jīng)成為其發(fā)展的主要“瓶頸”,傳統(tǒng)的強制風冷已經(jīng)無法滿足這些需求。因此，需要結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高的冷卻設(shè)備。小型通道液冷換熱器因其傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊而受到廣泛研究，成為未來換熱器發(fā)展趨勢。微通道換熱器性能的好壞，直接影響到電子芯片或其他電子產(chǎn)品的使用性能甚至使用安全。微通道換熱器底板溫度均勻性直接影響到微通道換熱器的性能。因此，如何提高微通道換熱器底板溫度均勻性是迫切需要解決的問題。

項目負責人及其團隊具有多年換熱器流道設(shè)計經(jīng)驗，目前已完成數(shù)十種不同類型液冷換熱器設(shè)計研究。其中部分換熱器投入項目使用，經(jīng)實踐證明本團隊設(shè)計的液冷換熱器散熱能力極佳，能夠?qū)Ω邿崃髅芏葻嵩磳崿F(xiàn)出色的電子芯片/鋰離子電池控溫效果。

實驗室經(jīng)過拓撲優(yōu)化，仿生學，遺傳算法等方式進行流道設(shè)計，可以對高熱流密度熱源下實現(xiàn)很好的控溫效果。

（1）基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計理論的新型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計：例如課題組提出的一種新型換熱器：采用截斷及匯流等通道，增加流道內(nèi)流體擾動性，從而強化換熱器散熱效果。如圖1所示為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)換熱器，圖2為交錯雙P型微通道換熱器結(jié)構(gòu)。經(jīng)過仿真實驗驗證，交錯通道結(jié)構(gòu)換熱器散熱效果優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)換熱器。

圖 1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)換熱器

圖 2 交錯雙 P 型微通道換熱器

（2）流動工質(zhì)：基于液態(tài)金屬設(shè)計出短流道換熱器。

圖3 基于液態(tài)金屬的T-Y型微通道換熱器

（3）結(jié)合仿生學理念，利用拓撲優(yōu)化方法，先后設(shè)計仿生拓撲換熱器， 例如仿蜘蛛網(wǎng)拓撲優(yōu)化設(shè)計，仿蜂窩拓撲優(yōu)化換熱器等。圖4為仿蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)換熱器，圖5為仿蜂窩結(jié)構(gòu)換熱器。

圖4 仿蜘蛛網(wǎng)拓撲優(yōu)化換熱器

圖5 仿蜂窩拓撲優(yōu)化換熱器

（4）多學科交叉共融，將拓撲優(yōu)化和鋰離子電池一維生熱模型相耦合，設(shè)計了性能更優(yōu)的換熱器。項目組對電化學進行研究，如圖6所示，給出了P2D電化學模型。圖7為用于鋰離子電池散熱的拓撲優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)。

圖6 P2D電化學模型

圖7 鋰離子電池的拓撲優(yōu)化換熱器

目前已有諸多換熱器樣品，如圖8，圖9所示為換熱器實物圖。

圖8 仿蜘蛛網(wǎng)換熱器實物圖

圖9 基于多目標拓撲優(yōu)化換熱器