Flow-Distribution Uniformity of Multiscale Heat Sink and Heat-Dissipation Capacity of Microchannels

Zhou Xiangyu; Huang Wei; Liu Qihang; Qin Xiaojin

doi:10.12465/issn.0253-4339.20260525002

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Flow-Distribution Uniformity of Multiscale Heat Sink and Heat-Dissipation Capacity of Microchannels

更新时间：2026-09-11

- Flow-Distribution Uniformity of Multiscale Heat Sink and Heat-Dissipation Capacity of Microchannels
- Journal of Refrigeration Pages: 1-8(2026)
- 作者机构：
  
  中国电子科技集团公司第三十研究所成都 610041
- 作者简介：
  
  Zhou Xiangyu， female， senior engineer， The 30th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， 86-13880992129， E-mail： zxy_workincd@163.com. Research fields：electronic equipment structural design and simulation analysis.
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20260525002
  CLC： TB657.5;TN06;TK172
- Received：25 May 2026，
  
  Revised：2026-07-02，
  
  Accepted：07 July 2026，
  
  Online First：11 September 2026，
- 稿件说明：
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周翔宇，黄巍，刘启航，等. 一种多尺度热沉分流均匀性及微通道散热能力研究［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-8.

Zhou Xiangyu，Huang Wei，Liu Qihang，et al. Flow-Distribution Uniformity of Multiscale Heat Sink and Heat-Dissipation Capacity of Microchannels［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-8.
周翔宇，黄巍，刘启航，等. 一种多尺度热沉分流均匀性及微通道散热能力研究［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-8. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260525002.

Zhou Xiangyu，Huang Wei，Liu Qihang，et al. Flow-Distribution Uniformity of Multiscale Heat Sink and Heat-Dissipation Capacity of Microchannels［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-8. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260525002.

摘要

为解决高热流密度散热及多目标热源的分流均匀性问题，设计了一种集成厘米、毫米尺度量级以及微通道的多尺度热沉，对热沉进行了分流均匀性和散热能力研究。本文使用ANSYS Icepak散热仿真软件分析了在一定进液流量条件下，不同矩形流道截面高度、宽度尺寸对系统压差及分流均匀性的影响，将数值分析得到的分流均匀性最优的几何设计参数加工制备多尺度热沉样件，开展热性能与流体特性实验测试及结果分析，并提出一种简易高效的流道分流均匀性测试方法，完成流体分配一致性的量化表征与实验验证。结果表明：相同的热沉结构形式，当供液流量降至额定值的83%时，压差最大差异率

3.5%，当流量降至额定值的67%时，压差最大差异率

5%，分流均匀性与供液流量呈正相关。在液体冷却的热沉形式中，辐射传热占比很小，循环冷却工质可带走系统近90%的总热量。当热源热流密度为33.2 W/cm

时，热源测点温度与进液温度的温升仅为2.4 ℃，表明微通道换热能力强，多尺度热沉具有优良的散热效果，研究结论及实验数据可为多尺度热沉的设计提供相关参考。

Abstract

To address high heat-flux dissipation and ensure uniform flow distribution across multiple heat sources， a multiscale heat sink integrating centimeter-， millimeter-， and micro-scale channels is designed in this study. The ANSYS Icepak thermal simulation software is used to analyze the effects of varying rectangular cross-sectional heights and widths on flow-distribution uniformity and system pressure drop under a spe

cified liquid flow rate. Optimal geometric parameters obtained from numerical analysis are applied to fabricate the multiscale heat-sink prototypes， which are subsequently subject to performance testing and comprehensive analysis. Additionally， a simple and efficient method is designed to test flow-distribution uniformity. Results show that， for identical multiscale heat sinks， flow-distribution uniformity correlates positively with the liquid-supply flow rate. Specifically， when the flow rate is reduced to 83% of the rated value， the maximum difference of pressure drop remains below 3.5%； at a 67% reduction， this difference remains under 5%. In liquid-cooling heat-sink configurations， radiative heat transfer accounts for only a minor proportion of the total heat dissipation， while almost 90% of the heat is removed by the working fluid. When the heat flux of the heat source is 33.2 W/cm

， the temperature difference between the heat source and inlet liquid is merely 2.4 ℃， which demonstrates the outstanding heat-transfer capability of the microchannel and the excellent heat-dissipation performance of the multiscale heat sink. The results and test data derived from this study may facilitate the optimal design of multiscale heat sinks.

关键词

Keywords

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