Предложена конструкция теплообменного элемента на основе матрицы нитевидных кристаллов кремния для систем термостабилизации миниатюрных источников тепловыделения с удельной мощностью до 100 Вт/см2, работающих в широком диапазоне температур окружающей среды. На основе разработанной математической модели конвективного переноса теплоты в микроканальном компактном теплообменнике с развитой поверхностью теплообмена проведено численное моделирование процессов гидродинамики и теплообмена для различных конфигураций микроканальных вставок. Получены поля давлений, скоростей течения, температур охладителя и матрицы из монокристаллов кремния в широком диапазоне расходов охладителя, определены критериальные зависимости для числа Нус-сельта, а также потерь давления различных геометрических конфигураций теплообменников. Исследованы критические режимы работы, предложены направления оптимизации. По разработанной технологии изготовлены опытные образцы для проведения испытаний.
The construction of a heat exchange element based on a matrix of silicon whiskers for thermal stabilization systems of miniature heat sources with specific power up to 100 W / cm2 operating over a wide range of ambient temperatures is proposed. Based on the developed mathematical model of convective heat transfer in a microchannel compact heat exchanger with a developed heat exchange surface, numerical simulation of the hydrodynamics and heat transfer processes for various configurations of microchannel insertions was carried out. Fields of pressures, flow velocities, coolant temperatures and matrix from silicon single crystals have been obtained in a wide range of coolant flow rates, criteria dependencies for the Nusselt number and pressure losses of various geometric conigurations of heat exchangers have been determined. Critical operation modes are investigated, optimization directions are proposed. According to the developed technology, prototypes for testing have been manufactured.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.