[发明专利]一种采用脉动流及泡沫金属板强化散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用脉动流及泡沫金属板强化散热装置，属于工业散热领域。

背景技术

近年来，由于工业的飞速发展，对电子设备的散热和换热要求越来越高，发热功率已经超过了100W/cm²。从目前的研究看，电子芯片的散热目前主要是采用风冷、液冷、热管和微通道等方式。风冷散热方式难以应对高热流密度器件的挑战；热管散热模组受到携带极限和干涸极限等现象的限制；对于液冷散热，一般是在稳态工况下进行。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种采用脉动流及泡沫金属板强化散热装置，并采用垂直冲刷方式，使流动和换热的场协同达到更佳，这样可大幅度强化流体与换热载板之间的换热，同时还能使换热载板表面温度分布更为均匀。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种采用脉动流及泡沫金属板强化散热装置，包括脉动泵、热沉室、积液腔和冷却器，所述脉动泵通过液体流入管将冷却液送入积液腔连接，积液腔通过分液器将冷却液喷入到热沉室，热沉室通过液体排出管将换热后的液体送入冷却器中冷却，脉动泵通过连接管从冷却器吸入冷却后的冷却液；所述热沉室包含泡沫金属板、换热载板和盖板，所述换热载板与高热流密度器件连接，所述泡沫金属板与换热载板固定连接，泡沫金属板通过盖板形成密封空间，分液器与盖板顶部垂直连接，盖板的侧面设有与液体排出管连接的圆孔。

作为优选，所述泡沫金属板包括底板，底板上延伸有若干个矩形凸台，矩形凸台之间形成横纵交错的沟槽，采用这种两层式泡沫金属结构有利于脉动流的充分接触，减少流动阻力，使得温度场和压力场的均匀性得到保证，能大大提高换热效率。

作为优选，所述底板的厚度为1mm～2mm，沟槽的深度与底板厚度相同。采用此种结构有利于脉动流体迅速冲刷整个泡沫金属孔隙，将热量迅速带走，使高热流密度散热元件的表面温度分布更为均匀，冷却时间大大缩短，散热效率更高，并且流动阻力减小。

作为优选，所述泡沫金属板的金属孔密度变化范围为60PPI～100PPI，泡沫金属孔隙率变化范围为0.7～0.9。此范围孔密度以及孔隙率范围内的泡沫金属扰流能力强，从结构上更易于脉动流结合。

作为优选，所述换热载板为紫铜，脉动泵为大振幅、低频率的小型隔膜泵。在现有的脉动研究中，认为大振幅、低频率具有锯齿波形的脉动流强化换热效果最佳，并且所占空间不因过大，依据这个指导基础进行脉动源的选择。

作为优选，所述积液腔为喇叭形腔体。喇叭形腔体有利于流体均匀冲刷泡沫金属板作为优选，所述分液器为圆柱筒，冷却器为循环水冷却器

在本发明中，该装置主要利用脉动泵产生的脉动流，并在换热载板上焊接泡沫金属，并使冷流体垂直冲刷换热载板上的泡沫金属。泡沫金属由于其中存在大量的微小孔隙通道，这样就可从多重机制上对换热进行强化，一方面获得极高的换热比表面积，另一方面通过脉动加强对流体的扰动和掺混，而且由于冷流体采用垂直冲刷，而不是平行流过换热载板，其速度场与温度场夹角近似0度，与场协同换热强化机理完全符合。这样，可达到大幅度流体与换热载板之间的换热，同时还能达到使其表面温度分布更为均匀的效果。

本发明的强化散热装置，针对泡沫金属的结构以及液体流入与流出端口结构进行了改进，使得将脉动流和泡沫金属的优点很好的结合，大大提高了散热效率。本发明的泡沫金属焊接于换热载板上，泡沫金属板上端设置了液体流入管道，对泡沫金属进行垂直冲刷，流入管道末端与积液腔和积液腔末端的分液器连接；流出管道经主流管道分型成六根支路管道与盖板底端的开孔进行连接。发明中的泡沫金属的结构设计以及管道端口结构设计减小了在泡沫金属中的流动阻力损失，增大了脉动流体与泡沫金属板的接触面积，充分利用脉动流纵向冲击热边界层和泡沫金属强大扰流能力的优点，使得换热效率大大提高，同时换热载板的温度场的分布均匀性得到了保证。

有益效果：本发明的采用脉动流及泡沫金属板强化散热装置，采用大振幅、低频率的脉动流垂直冲刷泡沫金属，并采用垂直冲刷泡沫金属换热载板，最大化利用场协同效应强化换热过程；采用上层为分块、下层整体的泡沫金属，能够大大增加对流换热面积，减小流动阻力，使温度分布更为均匀；大振幅、低频率的脉动流配合上双层泡沫金属结构能够增大工质的横向和纵向扰动和掺混，热边界层不断重组，同时在扰动过程中由于压力的变化会导致空化和涡旋的形成，这些机制能够大大的提高换热效率；所选用的隔膜泵和循环水冷却器体积小，效率高，使系统寿命大大提高同时节省出相应的空间。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；