泵驱两相冷却系统设计及性能验证

为了解决电子设备中高热流密度器件的散热问题,文中利用介质相变原理,采用泵驱两相冷却技术实现高效散热。搭建了泵驱两相冷却系统并对关键部件的设计进行了研究,验证分析了系统的散热性能及热负荷变化对多支路流量分配的影响。结果表明：以R134a为工作介质的泵驱两相冷却系统可实现312 W/cm² 的局部散热热流密度;对于多点热源（热流密度为0.4 ~ 5.5 W/cm² ）,不同热源与冷板贴合面附近的温度均匀性好,温差小于1 ℃;对于多支路系统,某一支路热负荷的变化会引起各支路流量分配的变化。     

喷雾冷却冷板的设计与研究

随着电子元器件和雷达等设备功率密度的不断提高,传统的散热方式越来越难以满足要求,而喷雾冷却因其更强的散热能力在高热流密度散热领域受到广泛关注。文中基于喷雾冷却技术设计了一种集成微型旋流雾化喷嘴的喷雾冷却冷板,并通过一套自行设计的喷雾冷却热性能实验系统研究了冷板的换热性能及其影响因素。该喷雾冷却冷板可实现超过100 W/cm²高热流密度的散热能力,为未来雷达电子设备的冷却设计提供了新的思路,有着较好的应用前景。     

微槽道及其在电子器件散热中的应用

介绍了微槽道内流体流动及换热的特点,以及微槽道热沉的结构型式、加工工艺和流体工质。流体在微槽道内流动与换热,具有尺度小、雷诺数低、表面传热系数高和压降大等特点。微槽道可在热导率高的金属材料或半导体材料上成型。同时,还介绍了目前计算机微处理器、大功率电力电子器件和大功率LED常用的散热方案,并探讨了微槽道热沉应用于这些电子器件散热所具有的优点。与目前常用的散热方案相比,微槽道热沉可有效减小散热部件所需的散热空间,满足电子产品持续小型化的要求。在热流密度不断提高,常用散热方案无法满足要求的情况下,微槽道还为电子器件的散热提供了一种可供选择的解决方案。     

便携式小型化信号处理机箱散热设计

为解决某舰载便携式小型化高性能信号处理设备的高热流密度散热问题,文中采用基于热管的高效热传导加强迫风冷的综合散热方式,结合整机结构设计、模块冷板设计、均温隔板设计及风扇选型计算等,研制了一款加固型密闭式机箱。采用Flotherm 仿真软件建立模型开展热仿真,并进行了高温+50 ℃ 满载工作测试。结果表明,该机箱设计可满足便携式小型化高性能信号处理设备的散热需求以及功率为100 W、芯片封装级热流密度达30 W/cm² 的单模块的散热需求,为同类加固型密闭式机箱的设计提供了较好的参考。     

微通道中液氮的流动沸腾——换热特性分析

对微通道中液氮流动沸腾换热特性进行试验研究和分析。给出典型的沸腾曲线,分析壁温、干度和换热系数沿微通道管程的变化规律,考察热流密度、质量流量和压力对流动沸腾换热的影响。将126个试验数据点与四个换热关联式比较,并对微通道中流动沸腾换热机理进行分析。结果表明,在多数情况下干度和热流密度对沸腾换热系数的影响较小,换热系数主要决定于质量流量和压力,随两者增加而增加,换热以对流蒸发为主导机理。KLIMENKO关联式预测效果最好,TRAN微通道关联式次之,对常规管道得到广泛使用的CHEN关联式和SHAH关联式都远远高估了试验值。基于两相流压降和换热特性分析,推知微通道中的两相流流型不同于常规管道：在低干度情况下,流型以弥散泡状流为主;而在高干度情况下,流型以由雾状汽芯和不规则液膜组成的环状流为主。     

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。     

一种低流量强化换热液冷冷板的研究

随着芯片集成度和热流密度的不断提高,常规的深孔钻液冷冷板难以满足高热流密度芯片的散热需求.文中基于微通道散热原理,采用往返式流道,设计出了一种低流量强化换热冷板,仿真和实验结果表明:低流量强化换热冷板仅需深孔钻冷板的1/3流量即可实现与深孔钻冷板相当的散热性能;当两者流量相同时,低流量强化换热冷板的散热能力明显优于深孔钻冷板,可用于400 W/cm2高热流密度芯片的散热.     

微尺度通道内混合物流动沸腾特性研究

对非共沸混合工质R32／R134a(25％／75％)在微尺度管内的流动沸腾换热特性进行了试验研究。试验结果表明,在较高热流密度下,微尺度管内流动沸腾换热与质量干度和质量流量基本无关,热流密度对换热有着很大的影响,在较宽的热流密度范围内,核态沸腾在换热过程中占据主导地位。和细小管道相比,在相同条件下,微尺度管道内的流动沸腾表面传热系数高于细小管道。     

高热流密度功放芯片冷却用两相流技术研究

功放芯片是现代雷达和电子战设备最重要的发热器件,其中Ga N芯片在T/R组件中得到了越来越广泛的应用。文中针对Ga N芯片热耗大、热流密度高等特点,探讨了从两相流冷却技术角度解决散热问题的工程可行性。分析了两相流冷却原理,提出了用菱形肋微通道冷板来强化对流沸腾换热的方法,并搭建了试验系统对散热性能进行了测试。试验结果证明了两相流冷却技术应用于高热流密度功放芯片散热的有效性和可行性,为未来高热流密度功放芯片的散热提供了可行的解决方案。     

非圆截面小通道内R113的流动沸腾换热特性

针对非圆截面小通道流动沸腾换热研究报道较少的现状,以R113为工质,对4种不同水力直径的正方形、三角形截面小通道内的流动沸腾换热特性进行试验研究,试验参数范围：入口干度,过冷～1.0;质量流速400～ 3 300 kg/(m2?s);热流密度20～150 kW/m2,并将试验结果与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验结果进行了对比分析。试验结果表明：非圆小通道内饱和流动沸腾局部壁面温度与质量流速密切相关,并受热负荷与流动沸腾换热状况的影响;质量流速和壁面热负荷是非圆小通道内流动沸腾换热特性的主要影响因素;与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验数据对比显示,非圆截面小通道具有明显的强化传热作用。     

一种微小通道换热器的设计和试验研究

目前阵列系统的集成度与功率越来越高,给电子元器件的冷却及可靠工作带来了严峻的挑战.文中主要介绍了一种针对高热流密度功率器件散热的微小通道换热器的理论计算和仿真分析过程,并进行了多方案的热性能测试试验.试验结果表明:该微小通道换热器在一定的边界条件下能够满足热流密度为200 W/cm2器件的散热需求和工程应用要求.     

内置微通道T/R组件壳体设计及试验研究

为了降低界面热阻对微通道散热性能的制约,提出了一种组件壳体内置微通道散热单元的设计架构,以满足新一代高功率芯片T/R组件的热控需求.对内置微通道的传热特性进行数值仿真分析,优选出最佳结构参数组合.基于优选设计参数,整合UV-LIGA微细加工技术、精密扩散焊接技术及微组装技术,完成内置微通道散热单元T/R组件的模拟样件研...     

Thermal characteristics of a multichip module using PF-5060 and water

The experiments were performed by using PF-5060 and water to investigate the thermal characteristics from an in-line 6 x 1 array of discrete heat sources for simulating the multichip module which were flush mounted on the top wall of a horizontal, rectangular channel of aspect ratio 0.2. The inlet temperature was 15°C for all experiments, and the parameters were the heat flux of simulated VLSI chips with 10, 20, 30, and 40W/cm² and the Reynolds numbers ranging from 3,000 to 20,000. The measured friction factors for PF-5060 and water gave a good agreement with the values predicted by the modified Blasius equation within ±6%. The chip surface temperatures for water were lower by 14.4-21.5°C than those for PF-5060 at the heat flux of 30W/cm². From the boiling curve of PF-5060, the temperature overshoot at the first heater was 3.5°C and was 2.6°C at the sixth heater. The local heat transfer coefficients for water were larger by 5.5-11.2% than those for PF-5060 at the heat flux of 30W/cm², and the local heat transfer coefficients for PF-5060 and water reached a uniform value after the fourth row. This meant that the thermally fully developed condition was reached after the fourth row. The local Nusselt number data gave the best agreement with the values predicted by the Malina and Sparrow’s correlation and the empirical correlations for Nusselt number were provided at the first, fourth and sixth rows for a channel Reynolds number over 3,000.     

Heat transfer in injection molding for reproduction of sub-micron-sized features

Heat transfer in injection molding was quantitatively measured with micro heat-flux sensors. The 0.1–10 micron-wide micro-grooves with aspect ratios of 0.5–1.0 were etched by focus ion beam on a Ni-plated mold. During the short time just after injecting, heat-flux in the mold was maximized to 10–50 W/cm², and heat transfer coefficient between plastic and mold was 0.27 W/(cm²K) with PMMA and 0.085 W/(cm²K) with PS. The maximum mold surface temperature just after injecting should be above the glass transition temperature of plastic, then reproducing sub-micron-wide micro-ridges.     

再循环重力供液制冷系统换热性能可视化研究

建立了再循环重力供液制冷系统可视化试验台,在不同工况下对制冷系统进行实验研究,观察玻璃蒸发管内制冷剂的沸腾换热流动状态,研究分析重力供液蒸发器的传热特性。试验表明:再循环重力供液蒸发器内,制冷剂的沸腾换热出现了气泡流、气塞流、气弹流、分层流、波状分层流等流型。通过编程计算得到,经过修正的J.Chawla关联式和Kandlikar关系式分别在低温及高温工况下对沸腾换热系数有较好的预测,计算结果与试验值的偏差均在12.5%以内,采用两种关联式相结合的方法能较好地对重力供液蒸发器管内沸腾换热进行预测。     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾换热特性的研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热试验装置,针对截面250mm×3.5mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行试验研究。通过试验分析可知:(1)随着干度的增加,局部换热系数先增加后减小,有一个最大值,此时处于饱和核沸腾区域,其蒸汽干度也接近于0,同时也接近于沸腾起始点。相应地流体从单相流-泡状-块状流-搅拌-环状流转变。(2)在流动沸腾换热中,热流密度对核态沸腾换热有明显影响,而对流动沸腾液膜蒸发的影响甚小,所以可以认为由热流密度的变化而引起的换热变化,主要表现在核态沸腾。(3)入口温度的变化对单相流动的换热系数有影响,而沸腾换热系数与流型及汽泡的产生及扰动有极大关系,入口温度对流动沸腾局部换热系数基本没有影响。     

制冷剂二氧化碳流动沸腾过程换热性能分析

制冷剂CO2在蒸发器内的流动换热性能受许多因素的影响，比如：质量流速、热流密度以及蒸发温度等参数。由于CO2特殊的热物性和传输性，使得其蒸发换热和两相流特点有别于传统制冷剂。这也决定了其蒸发换热管适合设计成小管径，而蒸发器的型式以紧凑型为发展方向。