[发明专利]一种强化喷雾冷却换热性能的方法

说明书

本发明公开了一种强化喷雾冷却换热性能的方法。它包括：将浓度50‑200ppm的FS‑31水溶液作为喷雾冷却工质进行喷雾冷却；将浓度200ppm的CTAB水溶液与浓度100ppm的FS‑31水溶液按0:100％‑50％:50％混合，或将浓度300ppm的AOS水溶液与浓度100ppm的FS‑31水溶液按0:100％‑50％:50％混合，或将浓度400ppm的SDS水溶液与浓度100ppm的FS‑31水溶液按0:100％‑50％:50％混合，配制成的溶液作为喷雾冷却工质进行喷雾冷却。该方法能够改善喷雾冷却的换热性能，提高换热系数，降低热源表面温度，节省工质，满足高热流密度电子设备冷却的需求。

技术领域

本发明属于高热流密度喷雾冷却换热及其应用技术领域，涉及一种强化喷雾冷却换热性能的方法。

背景技术

喷雾冷却作为一种新型的冷却技术，具有大幅度提高电子元器件的散热潜能，成为高热流密度电子冷却领域最受关注的冷却方式之一。鉴于喷雾冷却的影响因素较多，机理也比较复杂。为了更好地发挥喷雾冷却在实际工程中的应用，目前展开了对喷雾冷却工质的研究。

喷雾冷却工质不仅要满足散热需求的前提，还需要考虑与电子元件是否具有相容性，对环境有无影响，操作是否安全以及成本等。现有的喷雾冷却工质主要有两种：一种为导体(如水、乙醇等)，此时需要在工质和电子元件之间放置一块冷板，防止冷却剂直接接触电子器件；另一种为绝缘体(如FC类化合物)，此时可以将喷雾冷却工质直接喷射到电子器件表面带走热量。绝缘体成本较高，导热率、汽化潜热等远远低于导体。而大多数喷雾冷却实验研究选用价格更为低廉的去离子水(蒸馏水)作为喷雾冷却工质。由于有较高的比热容、热传导率以及汽化潜热，使蒸馏水无论单相还是两相，喷雾冷却换热均具有良好的性能，从而可满足散热要求，且应用方便，价格低廉，对环境无污染，适合开路和封闭循环回路两种实验研究，应用的范围更广。为了更进一步提高喷雾冷却的换热效果，引入了表面活性剂到以蒸馏水为喷雾冷却工质的喷雾冷却实验过程中，并展开了相关的研究。

表面活性剂是这样一类物质，即在溶剂中加入微小剂量即可以大幅度降低溶剂表面张力，改变溶液体系界面状态，同时能够产生湿润、渗透、分散、气泡及增容等效果。表面活性剂能够以极低的浓度大幅度降低溶液表面张力，此性能是与其分子结构密切相关的。表面活性剂的分子结构中具有疏水和亲水两种基团，这样的分子结构，一方面，亲水基团使得其与水分子具有极佳的亲和性，从而赋予表面活性剂分子水溶性质；另一方面，疏水基团则因为其有从水中逃离的性质，因而会从水溶液内部转移到液体表面。表面活性剂分子以亲水基留在水溶液内部，疏水基朝向气相侧的状态，紧密排列成单分子的吸附层，并且发生定向排列。表面张力的降低会对喷雾液滴尺寸和固液接触角产生重要的影响。表面张力越小，液滴越容易克服自身表面张力雾化为直径更小的液滴。液滴直径的减小使得液滴密度增大，从而更加高频次地击打热源表面产生更多的扰动，促进喷雾冷却的换热。同时，固液接触角减小，提高了液滴在表面的铺展性和湿润性。

目前，将单一表面活性剂SDS应用于喷雾冷却方面已有相关的研究，但是将其它类型的表面活性剂和混合表面活性剂应用于喷雾冷却方面却从未有人研究过。现有的将表面活性剂SDS引入喷雾冷却体系的相关研究认为，加入SDS能提升喷雾冷却换热效率，主要是由于改变了液体与热表面的接触角，增加了液体与热表面的接触面积，同时，雾化液滴在热表面上的生存时间减少；此外，由于SDS具有较强的发泡性能，将其加入喷雾冷却体系中，会在热表面产生丰富的泡沫，极大增强了液膜内的扰动，加强了热表面的对流，由此提升了喷雾冷却的换热效果。但是，现有的喷雾冷却技术，即便将表面活性剂SDS引入喷雾冷却体系，仍然存在冷却效率低、工质耗量大、表面温度均匀性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种将其它类型的表面活性剂和混合表面活性剂应用于喷雾冷却换热，可改善喷雾冷却的换热性能、提高换热系数、降低热源表面温度、节省工质的强化喷雾冷却换热性能的方法。