[实用新型]一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高热流密度强化传热领域，特别是涉及一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置。

背景技术

喷雾冷却作为一种高效的高热流密度散热方式，在高功率激光武器、高集成度电子元器件等大热流密度散热条件下具有广阔应用前景。据研究，两相区喷雾冷却过程包括四种传热机制（如图4所示）：液滴击打表面换热、液膜冲刷表面换热、表面与环境换热、液膜内的沸腾换热。两相区喷雾冷却换热时，当热沉表面温度过高会导致液膜与热沉表面之间形成蒸汽膜层，增加热沉表面与液膜之间的传热热阻，同时过高的喷雾工质流量会导致液膜过厚影响传热，本实用新型专利拟基于微通道与喷雾冷却表面传热系数相当的特点，采用微通道与喷雾冷却相结合的方式，解决热沉表面过热与液膜过厚的问题，强化喷雾冷却换热。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型提供一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置，基于微通道与喷雾冷却表面传热系数相当的特点，采用微通道与喷雾冷却相结合的方式，解决热沉表面过热与液膜过厚的问题，强化喷雾冷却换热，为达此目的，本实用新型提供一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置，包括控制阀、喷嘴、喷雾腔、集气腔、多孔高导热材料、微槽道和气泵，所述喷雾腔内有喷嘴、集气腔、多孔高导热材料和微槽道，所述喷嘴设置在顶部，所述控制阀通过管道与喷雾腔内喷嘴相连，所述多孔高导热材料和微槽道构成装置的热沉表面，所述多孔高导热材料通过真空扩散焊的方式与微槽道结合，其导热系数与微槽道的导热系数相当，所述集气腔在微槽道两侧，所述喷雾腔底部有热源，两个集气腔通过各自管道接气泵。

本实用新型的进一步改进，所述多孔高导热材料表面有粗糙层，多孔高导热材料表面粗糙，汽化核心点较多，利于沸腾换热，同时工质可在气泵的驱动下通过细密的孔径流入微槽道内，提高工质与热沉表面之间的综合换热能力。

本实用新型的进一步改进，所述喷嘴有1-5个，根据热源的散热面积，喷嘴的数量可以是1个或多个，多个喷嘴时采用点阵式布局，保证喷雾区域对散热表面的全局覆盖。

本实用新型的进一步改进，所述喷雾腔一侧通过管道连有单向阀，单向阀的作用在于防止气泵出口侧压力过高引起工质倒流入喷雾腔。

本实用新型的进一步改进，所述微槽道的热沉表面为矩形或者圆形，当所述微槽道的热沉表面为矩形，槽道间距均匀布置，当所述微槽道的热沉表面为圆形，槽间距沿径向逐渐减小，肋厚与槽道间距应合理匹配，既要保证热量通过肋片有效地传递到多孔高导热材料上，并通过喷雾方式冷却，同时要保证工质在微通道内的流动阻力和换热能力；对于圆形的微槽道，槽间距沿径向逐渐减小，以平衡各槽道间阻力，对于矩形微槽道，槽道间距可均匀布置。

本实用新型提供一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置的使用方法，工作过程中，当热源产生高热流密度的热量时，热量通过微槽道传递到多孔高导热材料表面，此时开启控制阀与气泵，喷雾工质通过喷嘴将工质雾化为液滴，并在多孔高导热材料表面形成液膜，同时液膜内会形成成核气泡，部分工质冲刷多孔高导热材料表面，带走大部分热量，部分工质通过气泵抽吸的方式克服工质在微通道内的阻力，同时保证工质在各槽道内流量的均匀分配，之后喷雾腔内的工质通过管路流经单向阀与集气腔的工质混合后进入后续的部件并经冷却后流经控制阀完成一次工质循环。

本实用新型一种微通道表面式喷雾冷却强化传热的装置，以喷雾冷却和微通道表面换热系数相当为依据，热沉表面由多孔高导热材料和微槽道构成，喷雾工质通过喷嘴将工质雾化为液滴，并冷却多孔高导热材料，部分工质冲刷多孔高导热材料表面，部分工质在气泵抽吸作用下通过多孔高导热材料孔径流入微槽道内，与槽道壁面换热，该装置与传统的热沉表面相比具有换热面积大、能有效消除热沉表面蒸汽膜层、降低液膜厚度、综合换热能力强的优点。

附图说明

图1为本实用新型微通道表面式喷雾冷却强化传热装置系统图。

图2为本实用新型复合热沉表面结构图。

图3为本实用新型复合热沉表面结构剖面图。

图4为两相区喷雾冷却传热机制示意图。

图中的标号名称：1.控制阀；2.喷嘴；3.喷雾腔；4.集气腔；5.多孔高导热材料；6.微槽道；7.气泵；8.单向阀。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：