design and analysis of a mesoscale refrigerator（中尺寸冰箱的设计和分析—外文翻译学位论文.doc

中尺寸冰箱的设计和分析 N. S. Ashraf1, H. C. Carter III2, K. Casey1, L. C. Chow2, S. Corban2, M. K. Drost3, A. J. Gumm1, Z. Hao2, A. Q. Hasan1, J. S. Kapat2, L. Kramer4, M. Newton5, K. B. Sundaram1, J. Vaidya6, C. C. Wong7, K. Yerkes8 1Department of Electrical and Computer Engineering University of Central Florida Orlando, FL 32816 2Department of Mechanical, Materials Aerospace Engineering University of Central Florida Orlando, FL 32816-2450 3Microtechnology, Energy Division Pacific Northwest National Laboratory Richland, WA 99352 4Advanced Materials Structures Lockheed Martin Electronics Missiles Orlando, FL 32819-8907 5Advanced Packaging and Microelectronic Systems Harris Corporation Melbourne, FL 32902-9100 6Electrodynamics Associates, Inc. Oviedo, FL 32765 7 Engineering Sciences Center Sandia National Laboratories Albuquerque, NM 87185-0827 8Power Division, Propulsion Directorate Air Force Research Laboratory WPAFB, OH 45433 摘要：在此介绍中尺寸冰箱的设计和分???。此种冰箱设计有硅晶片层，通过微电子技术制造。此种冰箱的目标应用是一个电子或光子芯片或模块的集成热移动系统。此论文介绍整个系统的功能分解，热力学可行性分析，两功能的对应构造：驱动与压缩，压缩驱动两选一的参数性分析。 介绍 过去几十年微制造的进步将时代引领进了一个化学，环境，能源和其他工程系统的微型化的新纪元。光刻，薄膜沉积和各向异性蚀刻，其他类似的已允许电子产业存储越来越多的内存和将计算机能力集成到越来越小的芯片上的技术，可用于制造泵，阀，传感器，热交换器和毫米或更小的尺度级别的化学反应器(Wegeng and Drost, 1994, Ameel et al., 1996)。 热和化学系统小型化提供了几种相对同类大型化的优势。（1）传输过程中，热和化学，依靠表面热交换器或反应器。因此，较高的表面与体积比的一个微型系统有助于建立一个具有更高的体积传运系数的更紧凑的系统。（2）规模较小的尺寸通常有更好的安全性。（3）利用微制造技术有望提供更好的成本效益。（4）小型化，使新的工程系统可能。 （5）小规模的模块化导致有更多的使用选择。 这主要是最后两条优势促使工作呈现于此，因此举例能进一步帮助阐明。首先，电冰箱系统的微型化使得电子或光电的集成热移动系统成为可能，不需要额外的冷却系统（通常有冷却对象体积的数倍大）。集成电冰箱系统维持电子元器件的温度低于周围环境温度。没有这样的冷却，像大功率的电子器件或光子将无法正常工作或低效率的工作在像车辆引擎周围、飞机的驾驶舱或在沙漠中的高温环境下。特别地，像量子发射/接收模块阵列这样的光电系统要求阵列中所有成员精确的温度一致性，因此一个以相变为基础的冷却系统是有必要的。再次，微型化和微制造的使用使冷却系统能被集成到电子或光电模块上，并且能不贵地大量生产。 能量系统的微型化也许，然而，是相同价格。以下例子可以证明这点。让我们假设一个内有流量的热交换器管道。如果此导管在线性尺寸上N倍的减小，N3的减小可以和原管道占据相同的体积。在微型化的例子中，如果流经每个管道的雷诺数和先前保持一致，使得流动特征不变，总的热转换效率就以N2增长，压力差以N2增长，总的抽吸能量要求以N4增长，在相同的热条件和同样的总体积下。可能有争议的一点是，增长的供应压力和抽吸能量要求也许不值得额外的热转化，因此需要要在具体情况的基础上实现微型化程度的最优化。 这篇论文集中在几厘米的总线性尺寸的中尺寸冰箱的设计上。因此这种冰箱比传统的系统至少小一个数量级