[发明专利]两相冷却系统多并联支路稳定装置及方法

说明书

本发明属于冷却设备技术领域，公开了一种两相冷却系统多并联支路稳定装置及方法，所述装置包括控制单元，每个支路的监测单元、流量调节单元以及带热负载的冷板，以及管路：控制单元根据支路上温度确定相应的对流量调节单元调节的驱动控制信号；监测单元采集所在支路上流量以及温度，并反馈到控制单元；流量调节单元根据驱动控制信号控制所在支路的两相冷却工质流量；冷板设有两相冷却流道；管路将各个支路的流量调节单元、监测单元、带热负载的冷板连接形成并联的两相工质通路。采用本发明能够通过入口节流、流量调节等功能解决两相冷却系统多并联支路的热负载不均衡导致流量分配不均匀、流动不稳定性，保障每个支路不因温度过高而被烧坏。

技术领域

本发明属于冷却设备技术领域，具体涉及一种两相冷却系统多并联支路稳定装置及方法。

背景技术

随着芯片技术和性能在不断提升，芯片的热流密度和热耗也随之提高，小型化、多点热源、高热耗、高热流密度成为系统热管理的主要挑战。两相流散热技术因其体积小、换热效率高，已成为行业内重点研究的散热方式之一。

两相冷却系统中，多个并联支路如果热负载相同，那么每个支路上两相冷却工质从液体变为气体的量(气化率)基本一致，支路上的流阻都基本相同，系统流量保持平衡。然而，如果某一支路上热负载低于另一个，则该支路的气化率降低，流阻减小，那么两相工质将更多的流向热负载小的支路上，其他热负载高的支路流量减小，支路换热能力下降，最终可能导致热负载因温度过高损坏。多路并联的两相冷却工质流量，每一支路因为并联其流量发生变化时压力是相等的，无法通过压力变送器来调节流量。

许多学者都对大尺度沸腾不稳定性进行了深入研究和综述(参见参考文献[1]-[5])。常规通道内出现的沸腾不稳定性，根据产生机理可以分为动态不稳定性(dynamicinstability)和静态不稳定性(static instability)。动态不稳定性主要反映了控制参数(压力、质量流率、温度)间的相互作用。两相流稳定性实验是两相流基础理论研究的一个重要方面，两相流稳定性问题引起人们的极大关注，目前国内外关于系统发生不稳定性已经有了诸多研究。黄军等人(参见参考文献[6])对并联通道的流动不稳定性影响因素进行了研究，如上游可压缩容积、系统压力、过冷度、入口节流、质量流速、热流密度、出口含汽率、出口过热度等，结果发现，对密度波型脉动，系统压力、入口节流、质量流速的增加均可抑制此类不稳定性的发生，而上游可压缩容积、出口节流、入口过冷度的减小亦可使系统稳定性变好。

上述参考文献如下：

[1]Y.Ding，S.Kakac，X.J.Chen，Dynamic instability of boiling two phaseflow in a single horizontal channel，Exp.Therm.Fluid Sci.11(1995)327-342.

[2]H.Yuncu，O.T.Yildirim，S.Kakac，Two-phase flow instabilities in ahorizontal single boiling channel，Appl.Sci.Res.48(1991)83-104.

[3]J.A.Boure，A.E.Bergles，L.S.Tong，Review of two-phase flowinstability，Nucl.Eng.Des.25(1973)165-192.

[4]Q.Wang，X.J.Chen，S.Kakac，Y.Ding，Boiling onset oscillation：a newtype of dynamic instability in a forced-convection upflow boiling system，Int.J.Heat FluidFlow 17(1996)418-423.