高熱流密度電子元件噴霧相變冷卻系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子元器件的集成度和功率密度不斷提高，同時其散熱量也越來越大。面對大功率、高熱流密度的電子元件的冷卻問題，傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)已很難滿足其冷卻要求。噴霧相變冷卻是一種高效的冷卻技術(shù)，具有高熱流密度的冷卻能力和嚴(yán)格的溫度控制能力。因此，噴霧冷卻技術(shù)將成為未來高熱流密度電子元件散熱的一項重要技術(shù)，噴霧冷卻技術(shù)正在受到越來越多的關(guān)注和研究。本文針對大功率激光二極管陣列的散熱問題，既要求相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)具有冷卻熱流密度≥300W/c

2、m2的能力，同時冷卻表面保持在15-25℃之間，運用噴霧相變冷卻技術(shù)，選擇液氨為工質(zhì)，并搭建噴霧相變冷卻實驗系統(tǒng)實驗臺，應(yīng)用單噴嘴和雙噴嘴陣列，對換熱面積為25mm×12mm的熱沉進(jìn)行噴霧相變冷卻實驗研究。本文通過噴霧相變冷卻實驗系統(tǒng)首先對噴嘴的特性進(jìn)行實驗研究，分析了噴嘴的性能參數(shù)，其次在不同噴嘴的噴淋高度、進(jìn)口壓力和進(jìn)口液氨的過冷度下進(jìn)行實驗，研究了不同工況對噴霧冷卻換熱特性的影響，最后設(shè)計了模塊化冷卻元件，并對其性能進(jìn)行實驗測試，

3、并分析換熱表面的溫度分布及均勻性。
　　 主要的研究成果如下：
　　 ① 設(shè)計了以液氨作為工質(zhì)的噴霧相變冷卻實驗系統(tǒng)，具有很好的換熱能力和換熱效果，非常適合于高熱流密度、較低表面溫度條件下的電子元件冷卻。采用單噴嘴噴霧冷卻時，噴淋高度為15mm，進(jìn)口壓力為450kPa的條件下，噴霧冷卻的換熱系數(shù)可達(dá)95000W/m2·K；在冷卻熱流密度為420W/cm2時，熱沉表面溫度可控制在15 ℃以下。
　　 ② 噴嘴的噴淋

4、高度和進(jìn)口壓力對噴霧冷卻的換熱特性影響較大。在實驗工況不變的條件下，隨著噴嘴噴淋高度的降低或噴嘴進(jìn)口壓力的增大，臨界熱流密度值增大，且在相同的熱流密度冷卻條件下，換熱表面的溫度隨之下降。
　　 ③ 噴嘴進(jìn)口工質(zhì)的過冷度對噴霧冷卻換熱性能具有一定的影響。隨著制冷工質(zhì)過冷度的增大，換熱表面的溫度降低，同時表面換熱系數(shù)增大。
　　 ④所設(shè)計的模塊化冷卻元件冷卻熱流密度≥300W/cm2時，經(jīng)實驗驗證，模塊化冷卻元件的表面可保持