[发明专利]一种用于强化沸腾传热的蒸发-沸腾纵向共存复合结构

说明书

本发明公开了一种用于强化沸腾传热的蒸发‑沸腾纵向共存复合结构，涉及强化沸腾传热技术领域。本发明的一种用于强化沸腾传热的蒸发‑沸腾纵向共存复合结构，包括加热基板以及在基板上设置的若干导热微柱，导热微柱上端与多孔毛细芯相结合以形成复合结构，利用多孔毛细芯蒸发排出的小气泡增加其底部沸腾区的气化核心，降低了沸腾起始点，加强了流场扰动，强化底部液体区域的沸腾传热，另外实现了传热面积在纵向上的增加。所述多孔毛细芯下表面设置有凸起，使得小气泡更容易脱离进入底部的过热流体工质区域，加快了气泡稳定脱离，延迟在加热面与毛细芯下表面之间区域直接沸腾形成气膜的出现，实现了多孔蒸发‑沸腾协同强化相变传热。

技术领域

本发明涉及强化沸腾传热技术领域，更具体地说是一种用于强化沸腾传热的蒸发-沸腾纵向共存复合结构。

背景技术

由于微电子器件小型化及集成度高的发展特点，其对高效散热方式也提出了较高的要求。目前，沸腾传热作为一种伴随着气液相变的高效能量传递方式，具有传热温差小和热流密度大等特点，成为解决这一难题的重要技术手段。

当前，大量研究表明，多孔介质具有较高的比表面积及较强的毛细抽吸能力，直接应用于沸腾传热时，多孔内部的孔隙结构不仅能扩展传热面积，同时也为沸腾提供大量的核化穴，是一种常见的强化沸腾传热表面。一般利用大孔径的薄多孔结构在其内部直接沸腾强化传热，而在小孔径的厚多孔结构下主要发生的是表面的蒸发传热。因此，当利用制备的多孔毛细芯进行蒸发传热结合外部存在的沸腾传热形成新的复合传热结构，有望使得沸腾传热过程得到进一步的强化。现有关于强化沸腾传热结构已有相关专利方案公开，例如专利公开号：CN110842202A，公开日2020年02月28日，发明创造名称为：一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法，该申请案公开了一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法，在多孔基体结构内分布有若干孔腔，且孔腔内分散有能够移动的自由颗粒。该申请案通过基于沸腾传热过程中核化点激活以及吸液芯向成核位点供液的强化特点，将气泡成核和供液分区以防止气泡合并以及降低液体回流阻力；同时利用自由颗粒在沸腾过程中的碰撞强化工作流体内导热、微层蒸发及对流传热，使气泡易成核，生长速率快，脱离频率高，从而实现了强化沸腾传热。但是，该申请案也还存在需要改进的地方，其多孔结构及通道共同占据了加热面，在强化传热的同时牺牲了一部分的相变传热面积。

综上所述，如何利用多孔介质在强化沸腾传热过程中实现在有限的空间内增大传热面积，能够实现持续性的沸腾传热，保证成核气泡快速生长及脱离等问题，是现有技术中需要进行改进的地方。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种用于强化沸腾传热的蒸发-沸腾纵向共存复合结构，加热基板通过导热微柱将热量导入多孔毛细芯，并利用多孔毛细芯蒸发排出的小气泡增加其底部沸腾区的气化核心，降低了沸腾起始点，加强了流场扰动，强化底部液体区域的沸腾传热；另外实现了传热面积在纵向上的增加，避免了直接的加热面积扩展带来的输入热流密度降低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种用于强化沸腾传热的蒸发-沸腾纵向共存复合结构，包括水平设置的加热基板，所述加热基板上表面通过竖向设置的导热微柱固定安装有多孔毛细芯，竖向设置的所述导热微柱之间形成过热流体工质区域；所述多孔毛细芯下部与导热微柱接触部分形成气化核心，在加热基板与多孔毛细芯之间存在的过热流体工质区域的沸腾更加充分，由多孔毛细芯通过蒸发排出的小气泡的增加，以增加多孔毛细芯底部沸腾区的气化核心，降低了沸腾起始点，加强了流场扰动，强化底部液体区域的沸腾传热；在过热流体工质的加热下，转变为沸腾传热，小气泡长大到一定尺度从而形成气泡，并从多孔毛细芯底部沿着气泡脱离方向脱离。加热基板通过导热微柱将热量导入多孔毛细芯，实现了传热面积在纵向上的增加，避免了直接的加热面积扩展带来的输入热流密度降低。