[发明专利]一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子芯片冷却沸腾强化换热技术领域，特别涉及一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置。

背景技术

随着电子元器件的高度集成化和高频化，传统的风冷等冷却技术已不能满足芯片高散热率的要求，利用沸腾相变换热对芯片进行直接液体冷却是一种有效的冷却方式，通常的做法是将芯片直接浸在不导电液体中进行沸腾换热，但存在沸腾起始温度偏高等问题，不利于电子器件的启动，因此需要采用强化措施来有效的降低沸腾起始壁面过热度，提高临界热流密度，保证芯片在高热流密度下的临界壁面温度低于85℃，保障电子设备安全可靠运行。

对于池沸腾换热而言，芯片浸没在静止的工质中进行换热，临界热流密度值偏低，增大过冷度可以提高临界热流密度，然而这意味着需要提供较大的过冷度，制冷单元成本增加。而除了过冷度之外，工质流速对换热也有积极的影响。将芯片置于流动通道中，依靠流体对芯片表面的冲刷作用可以实现强化换热的目的，但需要提供额外的动力系统和控制系统，另外，通过高速摄像拍摄的照片发现，临界状态时，流体沿流动方向上对汽膜的破坏作用小，芯片表面被一层汽膜所覆盖，阻碍了冷流体的补充，而射流冲击冷却具有较高的冲击力度，期望可以冲击换热表面，击碎或破坏汽膜，将换热表面的热量迅速带走，从而保证冷流体的补充，维持芯片在高热流密度下的正常换热，进一步提高临界热流密度值，但射流冲击冷却范围小，更适用于局部冷却，而且目前还不能实现对单个芯片进行冷却。大多数文献中，都是针对池沸腾、流动沸腾、射流冲击沸腾中的一种进行实验研究，实验系统体积大，部分供电和控制操作设备和操作过程重复，实验周期长，使得其强化换热优势受到限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，综合了三种换热方式的特点，具有操作灵活，控制简单，占地面积小的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵1，旋涡泵1的出口与加热器2入口相连，加热器2出口与总流量计3入口相连，总流量计3出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段7，另一路经喷射支路后进入纯流动段7，纯流动段出口14与池沸腾段入口37相连，池沸腾段出口38分成两路，一路与第五控制阀21连接，另一路与冷凝器22入口相连，冷凝器22出口与旋涡泵1入口相连，完成一个循环。

横流支路包括第一控制阀4和支路流量计5，总流量计3出口一路经第一控制阀4与支路流量计5入口相连，支路流量计5出口与纯流动段7第一进口6连通。

喷射支路包括第二控制阀9和喷射段10，总流量计3出口另一路经第二控制阀9与喷射段10入口相连，喷射段10出口与纯流动段7第二入口11相连，喷射段10分为导流管30、稳流室31和喷嘴32三部分，稳流室31为圆柱形内腔，顶部与导流管30连通，侧面与喷嘴32连通，喷嘴32与纯流动段7第二入口11连通，喷嘴方向与导流管方向垂直，喷射方向与换热面垂直。

纯流动段7包括基体23、底座25和密封板24三部分，基体23的侧面设有第一入口6、第二入口11和纯流动段出口14，基体23的顶部设有拍摄孔29，第一芯片28固定在玻璃板26上，玻璃板26镶嵌在纯流动段7内，底座25和基体23之间通过O型密封圈27密封，基体23顶部由密封板24密封，三者构成矩形密封通道。

池沸腾段18包括容器39、盖板33和密封垫34三部分，容器39的侧面设有容器入口37，和容器入口37相对的侧面设有容器出口38，容器39的侧面还设有橡胶袋17，容器39的底面设有凸台36，第二芯片35固定于凸台36上，容器39和盖板33之间通过密封垫34连接形成密封容器，盖板33上开有引出孔40。

所述的容器入口37和容器出口38均采用开孔结构，容器出口38高度比容器入口37高度低，且容器入口37和容器出口38横截面积小于容器39横截面积。

本发明具有以下优点：

1、本发明综合了池沸腾，纯流动沸腾和射流冲击沸腾换热的优势，去掉部分重复设备和操作过程，操作灵活，控制简单，布置紧凑，占地面积小。

2、本发明中流动段和喷射段的加入，使得流体不断的对换热面进行冲刷，及时带走热量，保证冷流体的供应，降低了池沸腾段因增加过冷度而带来的制冷单元成本的增加，具有一定的经济效益。

3、和池沸腾换热相比，本发明中通过提高流速，可以有效的减小芯片表面沸腾时的壁面过热度，提高临界热流密度，强化换热。