仿生微翅散热器

层流换热强化

仿花瓣-盾鳞分形设计，在低压损下显著提升层流区对流换热系数。

许玉 · 李玲 · Wang, Jiale

International Journal of Heat and Mass Transfer 2023

具体参数

转捩雷诺数（花瓣型）

{'zh': '900', 'en': '900'}

转捩雷诺数（盾鳞型）

{'zh': '>1500', 'en': '>1500'}

Nu关联式平均绝对偏差

{'zh': '<2.0', 'en': '<2.0'} %

f关联式平均绝对偏差

{'zh': '<4.5', 'en': '<4.5'} %

技术优势

层流换热最强

花瓣型微翅产生的旋涡数量最多、尺寸最大，在Re 300–1500范围内Nu始终最高，尤其适合小流量高稳定性的散热场景。

阻力最低、泵功最小

盾鳞型微翅的摩擦因子在全Re范围内最小，压降损失极低，能用更小的泵维持循环。

转捩点明确

花瓣型在Re≈900时进入湍流，盾鳞型直到1500以上仍保持层流，为流道设计提供了清晰的选型依据。

关联式偏差低

提出的Nu和f关联式平均绝对偏差分别低于2.0%和4.5%，可直接用于工程预估。

应用场景

• 微电子散热：直接替代微通道热沉，在水冷回路中强化层流换热而无需增加泵功。
• 微流控散热：为微流控芯片反应区提供低流阻、高换热的局部冷却方案。
• 热管理器件：通过仿生分形几何拓宽热管理器件在层流工况下的设计空间。