深度拆解 | 液冷流道设计思路 微通道散热器仿真分析全流程
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211、985硕士，从业16年+
从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作，涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域。
熟练运用Flotherm、FloEFD、XT、Icepak、Fluent等ANSYS、西门子系列CAE软件，解决问题与验证方案设计，十多年技术培训经验。
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微通道散热器凭借高比表面积成为高热流密度场景的首选，但流道设计稍有不慎，就容易出现流动阻力大、温度分布不均等问题。
很多工程师在“直线流道”“蛇形流道”“仿生分形流道”之间反复纠结，却缺乏系统的设计思路和快速验证的手段。
本文将从工程实战出发，梳理主流流道设计思路，并用仿真软件演示分析的全过程，帮你真正打通“设计—仿真—优化”的闭环。
复制下方链接到浏览器，观看完整视频教程。
https://www.bilibili.com/video/BV1HQ9hBtEDE/?spm_id_from=333.1387.upload.video_card.click&vd_source=1cd268ba78d8c242ec3d2681935c4504
设计思路
常见流道结构类型
流道结构是液冷板设计的起点。不同类型的流道在散热能力、流阻特性、温度均匀性和加工成本之间有着截然不同的权衡关系。
串联流道，以蛇形（S形）为代表，冷却液沿单一路径流过整个换热区域。其优势在于路径长、流体与壁面接触充分，散热性能突出；但代价是沿程压降大、能效表现系数低。
并联流道则采用多通道并行分流的方式，液体从进口进入后分散至多个独立通道，在出口处汇合。这种结构流通路径短、流动阻力小，有利于降低泵功消耗。
在工程应用中，若器件的温升允许范围内，优先采用并联流道设计可获得更好的系统节能效果。
串并联复合流道试图融合两者优势——在局部区域保持串联以强化换热，同时通过多路分流控制整体流阻。这种折中结构在功率模块散热中已有应用，但设计复杂度较高，通常需要借助仿真工具进行多轮迭代优化。
除了宏观拓扑，内部强化结构也是设计的重要维度。翅片式结构的流阻小、散热效果最突出，嵌铜管式则由于其加工成本最低（仅需嵌入铜管并打扁固定），在热设计余量充足时可作为性价比之选。
而在并行流道基础上添加强化传热结构，比如圆柱、椭圆柱、菱形柱、散热齿等，可以有效改善温均性能。
流道设计思路
微通道案例
以某CPU液冷微通道散热案例进行介绍，其中参数不变展示，仅以模型图作说明，相关视频在文章开头链接。
整体3D模型如下图所示，
微通道散热器
进出口在左边，整体通过铜管将两个CPU液冷散热器进行串联，其中单个散热器的构型尺寸如下图所示，
细节尺寸
翅片厚度150μm，间距150μm。
常规设置
常规设置包含仿真类型、气液工质、环境、壁面等条件。
子流域设置
子流域设置，入口参考面坐标系X方向为流速方向。
网格设置，尽量保证散热齿有1-2个网格，齿间距1-3个甚至5个，在确保结果可靠的前提下，提升仿真效率，初步的仿真可以不用太多，先出一版结果，后面再做网格独立性验证。
网格设置
对于TIMS的建模方法主要有两种：即实物建模、热阻。
实物建模方法如下图所示，
导热材料设置
即根据实际导热材料的尺寸构建模型，同时赋予相关物理参数：密度、比热、导热系数等。
另外一种就是接触热阻方式，如下图所示。
接触热阻
通过计算公式：R=L/（λ*A） 进行换算，结合软件设置方式，这里用的是FloEFD软件，提供了三种方式。
最终仿真的结果如下，
温度场
表面温度场
热通量
整体热通量图
整体热通量查看发现2000W的CPU热量，单个液冷散热量999.9W以上，其余部分很少。
建议与答疑
粉丝在直播间提出的问题：
1.FloEFD软件的双热阻如何建模？
如下图所示，
双热阻
2.模型与计算域边界不重合，如何解决？
解决办法如下，
若模型与计算域边界平行，点开计算域，重置即可；
若模型与计算域边界不平行，可以在装配图中重新导入参考零件，重新定义装配关系即可，或者某个零件本身草图设计有问题，需要修改完善。
另外，建议在做项目过程中，侦测目标不需要搞太多，一般检测重点热源的温度即可，需要看的可以在后处理查看，如下图所示，
后处理温度曲线（历史数据）查看
监控的目标越多，收敛控制的条件就会越多，计算时间会比较长。
流道设计没有标准答案，只有最适合当前工况的权衡。本文展示的思路和仿真步骤，希望能为你提供一个可复用的框架，而不是单纯的“跟做”。
如果你的项目中也遇到过局部热点、流量分配不均的问题，不妨试着用今天的方法重新跑一遍仿真——往往一个小的流道调整，就能换来散热性能的大幅提升。
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