[发明专利]低压环境高效换热模拟试验装置及其试验方法

说明书

本发明提供了一种低压环境高效换热模拟试验装置及其试验方法，属于试验机载设备冷却试验领域。主要包括：热边盘管（1）、热边盘管进液端（2）、热边盘管出液端（3）、冷边供液管（4）、喷嘴（5）、真空泵（6）、排液管（7）、储液罐（8）、节流阀（9）、真空罐体（10）、增压装置（11）、数据采集装置（12）、第一热电偶（13）、第二热电偶（14）、第三热电偶（15）、第四热电偶（16）、第一压力表（17）、第二压力表（18）、第三压力表（19）、第四压力表（20）、第一流量计（21）、第二流量计（22）、玻璃观察窗（23）。本专利可模拟高空低压环境，试验过程中利用低压环境下水的相变潜热，采用喷雾冷却的方式带走高温盘管表面的大量热量，实现对盘管内热流体的快速冷却。

技术领域

本发明涉及一种低压环境高效换热模拟试验装置及其试验方法，属于机载设备冷却试验领域。

背景技术

随着微电子技术高频化、集成化、高功率的飞速发展，机载电子设备也呈现出高性能、高散热的发展趋势。众所周知，机载设备器件的可靠性对温度十分敏感，在 70℃～80℃水平上，温度每增加 1℃，器件可靠性下降 5%，因此，冷却散热技术的发展是机载电子设备高可靠、高性能、低成本发展趋势中至关重要的一个环节。众多研究结果表明常规冷却技术（风冷冷却与水冷冷却）无法满足机载大功率设备高热流密度的散热需求因此必须使用新型冷却技术解决低压环境下高热流密度设备的散热问题。喷雾冷却技术具有传热系数大、温度均匀性好，过热度小、临界热流密度高和循环流量低的特点，是最具有竞争力的高热流密度热控制技术。然而，现有的冷却试验设备多适用于常温常压下的环境，机载设备所处的高空环境较为复杂，因此需要专门模拟高空环境下电子设备冷却的试验装置。

本发明提出了一种试验装置，使用采用液态水喷雾冷却，在低压环境下通过水雾化的大量细小液滴撞击热盘管表面发生相变带走大量热量，有效控制机载设备高热流密度聚集引发的性能下降问题。本发明意在通过这种低压环境高效换热模拟试验装置，研究喷雾冷却技术在高空低压环境下的适用性。本发明充分利用低压环境下水汽化相变点较低的特性，使用水的相变潜热消除热边盘管内的热量，达到降低机载设备内循环介质温度的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决高空环境中机载防冻液等热流体的冷却问题，在高空环境产生的低压条件下，利用水的相变制冷效应，在相变换热器中与热边流体进行热量交换，从而将热边流体的出口温度控制在目标范围内。

一种低压环境高效换热模拟试验装置由热边盘管、热边盘管进液端、热边盘管出液端、冷边供液管、喷嘴、真空泵、排液管、储液罐、节流阀、真空罐体、增压装置、数据采集装置、第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶、第一压力表、第二压力表、第三压力表、第四压力表、第一流量计、第二流量计、玻璃观察窗组成；

上述真空罐体表面设有玻璃观察窗，内部下方安装有热边盘管，上方安装有冷边供液管与喷嘴；热边盘管的进液端与出液端延伸至罐体外；冷边供液管在真空罐体内部与喷嘴相连，在真空罐体外通过节流阀与储液罐相连；喷嘴位于热边盘管的正上方；

真空泵与真空罐体的顶部相连，用于维持罐体内的负压；

排液管位于真空罐体外，与真空罐体的下部相连，其高度与热边盘管平齐；

节流阀位于冷边供液管上，通过节流降压降低进入冷边供液管的冷边流体压力；储液罐与增压装置相连。

一种低压环境高效换热模拟试验方法，包括以下过程：

试验装置运行时，真空泵开始工作，使得真空罐体内处于低压状态。增压装置维持储液罐内部的压力环境，储液罐中的冷边流体经节流阀降压后通过冷边供液管流入喷嘴中，通过喷嘴将冷边流体均匀喷洒至热边盘管的上表面上。高温热流体从热边盘管进液端流入热边盘管中，与喷洒至热边盘管上表面的冷边流体换热，最后从热边盘管出液端流出。此时冷边流体在低压环境中汽化吸热，降低了热边盘管内部高温热流体的温度，冷边流体汽化后的气体通过与真空罐体顶部相连的真空泵排出。