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申请/专利权人：苏州科技大学

摘要：一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法，属于高热流密度强化传热领域，主要解决单相区喷雾冷却强化传热的问题。该装置由电磁阀一、喷嘴、多孔高导热材料、进气环路、气体通道、热沉表面、电磁阀二、控制器及其相关管路配件构成。该装置借鉴两相区喷雾冷却成核气泡强化传热的机理，在单相区喷雾冷却过程中热沉表面上设置气体通道和多孔高导热材料，结合控制器对电磁阀二的脉冲控制，实现热沉表面脉冲式高频送气，在液膜内主动催生气泡，利用喷雾液滴快速击破气泡形成真空区，引起液膜高速湍动，强化换热。与常规的单相区喷雾冷却方法相比，本发明专利提供的方法具有催生气泡均匀、传热系数高的优点。

主权项：1.一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，包括电磁阀一（1）、喷嘴（2）、多孔高导热材料（3）、进气环路（4）、气体通道（5）、热沉表面（6）、电磁阀二（7）和控制器（8），所述热沉表面（6）上设置气体通道（5）和多孔高导热材料（3），所述控制器（8）通过信号控制电磁阀一（1）和电磁阀二（7），所述多孔高导热材料（3）通过真空扩散焊的方式嵌入热沉表面（6）内，其导热系数与热沉表面（6）的导热系数相当，所述多孔高导热材料（3）与热沉表面（6）内的气体通道（5）连接，所述热沉表面（6）上方固定安装有喷嘴（2），所述热沉表面（6）的周侧固接进气环路（4），进液口通过电磁阀一（1）接喷嘴（2），进气口通过电磁阀二（7）接进气环路（4）；所述喷嘴（2）有1-5个；所述进气环路（4）与进气口相切；所述气体通道（5）有1-10对；所述控制器（8）通过开关信号控制电磁阀一（1）的启闭，通过脉冲信号控制电磁阀二（7）的启闭。

全文数据：一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法技术领域[0001]本发明涉及高热流密度强化传热领域，特别是涉及一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法。背景技术[0002]喷雾冷却作为一种高效的高热流密度散热方式，在高功率激光武器、高集成度电子元器件等大热流密度散热条件下具有广阔应用前景。据研宄，两相区喷雾冷却过程包括四种传热机制如图4所示）：液滴击打表面换热、液膜冲刷表面换热、表面与环境换热、液膜内的沸腾换热其中沸腾气泡分为壁面成核气泡和二次成核气泡）。两相区喷雾冷却优于单相区的主因之一为成核气泡。成核气泡强化传热的机制在于:喷雾冷却成核气泡数量大，且喷雾液滴击碎成核气泡形成的真空区诱使液膜高速湍动，强化热沉表面与液膜之间的换热。[0003]通常认为，当电子元器件的温度达到80°C以上时，其工作能力将迅速下降直至失效，这就导致以常压工况下水为代表的制冷工质无法在两相区内实现喷雾冷却换热。本发明专利拟基于成核气泡的强化传热机理，在单相区喷雾冷却过程中采用脉冲气注的方式，在液膜内主动催生气泡，强化单相区喷雾冷却性能。发明内容[0004]为了解决上述存在的问题，本发明提供一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法，基于成核气泡的强化传热机理，在单相区喷雾冷却过程中采用脉冲气注的方式，在液膜内主动催生气泡，强化单相区喷雾冷却性能，解决单相区喷雾冷却传热系数低于两相区喷雾冷却的问题，为达此目的，本发明提供一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，包括电磁阀一、喷嘴、多孔高导热材料、进气环路、气体通道、热沉表面、电磁阀二和控制器，所述热沉表面上设置气体通道和多孔高导热材料，所述控制器通过信号控制电磁阀一和电磁阀二，所述多孔高导热材料通过真空扩散焊的方式嵌入热沉表面内，其导热系数与热沉表面的导热系数相当，所述多孔高导热材料与热沉表面内的气体通道连接，所述热沉表面上方固定安装有喷嘴，所述热沉表面的周侧固接进气环路，进液口通过电磁阀一接喷嘴，进气口通过电磁阀二接进气环路。[0005]本发明的进一步改进，所述喷嘴有1_5个，根据热源的散热面积，喷嘴的数量可以是1个或多个，多个喷嘴时采用点阵式布局，保证喷雾区域对散热表面的全局覆盖。[0006]本发明的进一步改进，所述进气环路与进气口相切，进气口与进气环路相切，保证进气环路内的气体进入各气体通道时流量分配均匀。[0007]本发明的进一步改进，所述气体通道有1-10对，在保证气体阻力满足要求及流量分配均匀的前提下，通道直径不应过大且数量不宜过多，防止热源的热量在传递过程中造成过大的热阻，影响快速散热。[0008]本发明的进一步改进，所述控制器通过开关信号控制电磁阀一的启闭，通过脉冲信号控制电磁阀二的启闭，控制器通过采集电磁阀一的信号，决定电磁阀二是否开启；电磁阀二开启时，控制器给出脉冲信号，控制电磁阀二间断高频送气，防止持续送气时气体在液膜内无法鼓泡。[0009]本发明提供一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置的使用方法，工作过程中当热源由于工作需要产生高热流密度的热量时，热量通过热沉表面、多孔高导热材料导热，此时控制器控制电磁阀一开启喷雾冷却装置，雾状液滴到达多孔高导热材料形成液膜，同时控制器通过脉冲信号控制电磁阀二间断高频送气，气体流经进气环路、气体通道、多孔高导热材料进入液膜并形成气泡，气泡受喷雾液滴的作用被快速击破，原气泡区形成真空区诱使液膜强烈湍动，增强液膜与热表面之间的对流表面传热系数，强化换热。[0010]本发明一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法，该装置借鉴两相区喷雾冷却成核气泡强化传热的机理，在单相区喷雾冷却过程中热沉表面上设置气体通道和多孔高导热材料，结合控制器对电磁阀二的脉冲控制，实现热沉表面脉冲式高频送气，在液膜内主动催生气泡，利用喷雾液滴快速击破气泡形成真空区，引起液膜高速湍动，强化换热。与常规的单相区喷雾冷却方法相比，本发明专利提供的方法具有催生气泡均匀、传热系数高的优点。附图说明[0011]图1为本发明单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热装置系统图。[0012]图2为本发明复合热沉表面结构图。[0013]图3为本发明复合热沉表面结构剖面图。[0014]图4为两相区喷雾冷却传热机制示意图。[0015]图中的标号名称：1.电磁阀一;2.喷嘴;3•多孔高导热材料;4•进气环路;5.气体通道;6.热沉表面;7.电磁阀二;8.控制器。具体实施方式[0016]下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：本发明提供一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置及方法，基于成核气泡的强化传热机理，在单相区喷雾冷却过程中采用脉冲气注的方式，在液膜内主动催生气泡，强化单相区喷雾冷却性能，解决单相区喷雾冷却传热系数低于两相区喷雾冷却的问题，具有催生气泡均匀、传热系数高的优点。[0017]如图1所示，本发明中所述的单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热装置，由电磁阀一1、喷嘴2、多孔高导热材料3、进气环路4、气体通道5、热沉表面6、电磁阀二7、控制器8及其相关管路配件构成，现以实心圆锥单喷嘴单相区喷雾冷却为例，阐述本发明装置的具体实施过程。[0018]根据热源散热面积的需要，将复合热沉表面加工成如图2_3所示的结构形式。其中：多孔高导热材料3通过真空扩散焊的方式嵌入热沉表面6内，其导热系数与热沉表面6的导热系数相当，保证热源散发的高热流密度的热量得到有效传递;同时多孔高导热材料3与热沉表面6内的气体通道5连接，气体从多孔高导热材料3上部溢出，并在液膜内形成气泡；气体通道5与多孔高导热材料3的接口在表面呈辐射状，保证气流在多孔高导热材料3表面均习送出；热沉表面底部采用导热胶与热源粘结。[0019]进气环路4采用满焊的方式固接于热沉表面6的周侧;进气口与进气环路4相切，保证进气环路4内的气体进入各气体通道5时流量分配均匀。[0020]当热源由于工作需要产生高热流密度的热量时，热量通过热沉表面6、多孔高导热材料3导热，此时控制器8控制电磁阀一1开启喷雾冷却装置，雾状液滴到达多孔高导热材料3形成液膜，同时控制器8通过脉冲信号控制电磁阀二7间断高频送气，气体流经进气环路4、气体通道5、多孔高导热材料3进入液膜并形成气泡，气泡受喷雾液滴的作用被快速击破，原气泡区形成真空区诱使液膜强烈湍动，增强液膜与热表面之间的对流表面传热系数，强化换热。、、[0021]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实麵作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

权利要求：1.一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，包括电磁阀一（1、喷嘴2、多孔高导热材料3、进气环路4、气体通道5、热沉表面6、电磁阀二7和控制器8，其特征在于:所述热沉表面6上设置气体通道5和多孔高导热材料3，所述控制器8通过信号控制电磁阀一（1和电磁阀二7，所述多孔高导热材料3通过真空扩散焊的方式嵌入热沉表面6内，其导热系数与热沉表面6的导热系数相当，所述多孔高导热材料3与热沉表面6内的气体通道5连接，所述热沉表面6上方固定安装有喷嘴（2，所述热沉表面6的周侧固接进气环路4，进液口通过电磁阀一（1接喷嘴2，进气口通过电磁阀二7接进气环路4。2.根据权利要求1所述的一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，其特征在于:所述喷嘴2有1-5个。3.根据权利要求1所述的一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，其特征在于:所述进气环路4与进气口相切。4.根据权利要求1所述的一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，其特征在于:所述气体通道5有1-10对。5.根据权利要求1所述的一种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置，其特征在于:所述控制器8通过开关信号控制电磁阀一（1的启闭，通过脉冲信号控制电磁阀二7的启闭。6.—种单相区喷雾冷却主动催生气泡强化传热的装置的使用方法，其特征在于:工作过程中当热源由于工作需要产生高热流密度的热量时，热量通过热沉表面6、多孔高导热材料⑶导热，此时控制器⑻控制电磁阀一⑴开启喷雾冷却装置，雾状液滴到达多孔高导热材料3形成液膜，同时控制器8通过脉冲信号控制电磁阀二7间断高频送气，气体流经进气环路4、气体通道5、多孔高导热材料3进入液膜并形成大量气泡，气泡受喷雾液滴的作用被快速击破，原气泡区形成真空区诱使液膜强烈湍动，增强液膜与热表面之间的对流表面传热系数，强化换热。

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