来源 | International Journal of Heat and Mass Transfer

链接 | https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2026.128481

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背景

随着物联网、人工智能等领域发展，电子器件热流密度超100 W/cm²、热点温度超 100℃成为常态，随机热点由晶体管高度集成、工况不稳定等因素导致，严重威胁器件可靠性。热电冷却、喷雾冷却等技术虽冷却性能好，但被动单相冷却因稳定、可预测、成本低更具应用优势，微通道冷却适配小型化散热需求。现有微通道冷却设计多基于预设热点分布，仅适配有限热边界条件，热点随机变化时性能易衰减；提高冷却剂流量会增加泵送功率，且未必缓解局部热点。

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成果掠影

近日，浙江大学钱锦远联合西交利物浦大学、上海交通大学团队提出一种集成热响应变形翅片（TRDF）的新型歧管微通道（MMC）散热器；该散热器以形状记忆合金（SMA）梁和弹性包裹层构建正弦形 TRDF，利用 MMC 离散单元实现热点像素级冷却调节，建立了单元热工水力剖面（THP）并结合 MMC 流量分布模型识别有效变形路径；研究对比了 TRDF 两种布置方式，发现水平布置（Type I） 表现出稳定的自适应性能，在热点工况下有效传热系数最高提升14.4%，且传热系数超32700 W/m²·K，该设计和方法为高性能、可预测的自适应冷却系统搭建了合理框架，同时也指出了 SMA 循环寿命、响应迟滞等待解决的局限性。为电子器件热管理提供了新方案。研究成果以“A novel manifold microchannel heat sink with thermal-responsive deformable fins for adaptive cooling” 为题，发表于《International Journal of Heat and Mass Transfer》期刊。

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图文导读

图1.自适应冷却的概念和优点。

图2.在微通道中使用TRDS进行更精确和更有针对性的冷却的概念。两种理想的设计是（a）规则阵列中的多分配器和单元子通道，（b）微通道段与垂直槽连接的MMC。

图3.基于形状记忆合金的TRDF设计及力学原理。（a）形状记忆合金的双向热力变形特性，（b）TRDF设计示意图，（c）考虑翅片跨度L与作用力F关系的TRDF各部件特性曲线。

图4.带TRDF的MMC散热器的计算单元的3D模型和横截面图。

图5. MMC散热器的特定流动特性。（a）散热器内的整体流动路径和不均匀分布情况，（b）显示流动分布机制的简化流动模型。

图6.说明MMC散热器单个单元自适应能力的示例-TRDF -变形引起的局部参数变化。虚线表示可行的变形。（a和c）有效传热系数heff，（b和d）达西摩擦系数f− 0.5的导出函数，均为uin = 0.1 m/s。

图7.不同初始长度下的ηL和ηH组合，考虑了带TRDF（I型和II型）的MMC散热器的详细流动特性。

图8.网格独立性分析。

图9.模型验证。（a）壁温验证[55]，（b）流量试验装置，（c）实验和模拟流量结果比较。

图10.不同入口速度（uin= 0.1，0.5 m/s）时带TRDF的MMC散热器的热工水力分布-压降。（a&B）I型，（c&d）II型。

图11.带TRDF的MMC散热器的热工水力剖面-不同入口速度（uin= 0.1-0.5 m/s）下的有效传热系数。（a1-a4）I型，（b1- b4）II型。

图12.带TRDF的MMC散热器的热等值线和流线型的可视化，I型（uin=0.2 m/s）。（a）局部温度，（b）速度分布（通过通道中心的水平截面;通过单元中心的垂直截面）。（c）三维视图中的局部压力和流线。

图13.带TRDF的MMC散热器的热等值线和流线图形的可视化，II型（uin=0.2 m/s）。（a）局部温度，（b）速度分布（通过通道中心的水平截面;通过装置中心的垂直截面）。（c）三维视图中的局部压力和流线。

图14.在0.1 - 0.5 m/s的入口速度下，结构对带TRDF的MMC散热器的达西摩擦系数f的影响，以及平均值的响应面。（a）I型，（b）II型。

图15.当发生热变形且入口质量流率恒定时，不同初始长度下传热系数的连续变化（类型I）。（a）情景1#下，（B）情景2#下，（c）情景3#下。

图16.当发生热变形且入口质量流率恒定时，不同初始长度下传热系数的连续变化（类型II）。（a）情景1#下，（B）情景2#下，（c）情景3#下。

图17.当发生热变形时，不同初始长度的散热能力的最大变化。（a）I型，（B）II型。