一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法技术

本发明专利技术公开了一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法，测试平台，包括：基座、两个封装体、铜集热块及微通道实验段；两个封装体采用有机玻璃制作，包括对称设置的第一封装体、第二封装体；封装体一端面为封装端，另一端为自由端；封装端设置有方槽，自由端设置工质进口，工质进口连接工质系统管道；封装体内部设置方箱，方箱两端分别与工质进口及方槽连通；微通道实验段两端分别与第一封装体、第二封装体的方槽配合连接；铜集热块设置在微通道实验段底部，用于加热微通道实验段。本发明专利技术能对微通道进出口流体的温度、压力精准测量；提高了微通道均匀且较高的热流密度，能够对微通道内的流体流型进行可视化监测。

【技术实现步骤摘要】
一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法
本专利技术涉及微通道流动与相变传热
，特别涉及一种微通道换热器流动与传热的实验测试平台及操作方法。
技术介绍
作为硅基电子设备的一个重要组成部分，微通道散热器是解决大功率电子设备散热问题的潜在方案，其最大的优势在于高的表面积和体积之比；其换热能力较强，同时也使得设备成本相对较低。早在1981年Tuckerman和Pease提出了微通道技术，其本身的目的在于解决VLSI(very-large-scaleintegrated超大规模集成电路)的散热问题，该实验的研究对象设定为56微米宽和320微米深的一个微通道系统，该实验奠定了微通道技术的理论基础。而在此基础上，其理论研究从未间断过，主要是从不同的技术角度对微通道技术进行扩展与研究，Samalam基于热阻的关系研究了Tuckerman的集成电路的传热微结构理论，D.LiuandS.V.Garimella等也进一步进行了优化与设计，提出数值计算结果表明，在槽结构建立后，微通道散热器的传热性能可以得到改善。此外，矩形槽的尺寸和矩形的基角的值对流体的流动和传热特性有很大的影响力求找出微通道最合理的尺寸以保证换热能力的最大化。然而，S.V.Garimella，CBSobhan经过对微通道和微管中流体流动和传热机理进行了大量的理论和实验研究后提出，微通道不同于常规通道，其在摩擦和热传递特性方面都存在着明显的偏离。随着研究的深入开展，一方面，微通道的实验从最初的流动特性开始向传热特性发展，同时随着高速摄像技术的成熟，使得微通道的实验同时也从不可视化变为可视化，能够具体的监测流体在微通道的流动情况。另一方面，微通道也从水力直径1mm逐步缩减，乃至到20μm。故而，对于能够用于开展微通道实验的平台要求也逐步提高，要求平台必须能够满足均匀加热且单位热流密度足够高，流动稳定压力取值便于校验实验台而有较少的局部阻力损失，和通道可视化，为高速摄像机预留出观察窗口的要求。目前现有技术的不足表现在：以目前已申请的专利为例，总体上大部分并未对自己的实验平台进行定量分析，仅仅停留在定性分析的层面上，同时实验平台本身设计上，在实际应用上存在着诸多缺陷。(一)以授权公告号为CN203849000U的中国专利为例，其公开一种平面微通道装置，该设计存在如下问题：该设计只能进行流动特性的研究，而无法进行传热的特性的研究，因为其并未预留加热装置。该设计并未评估取压方式对压力准确性的影响，并未进行误差计算，不能保证得出的压力即为准确压力。该设计将微通道试验件直接夹在两个平面装置之间而后使用六角螺栓进行四角固定，如此设计存在问题为无法保证整个装置两侧的气密性，在装置出口取压孔处应当为负压，如果不能保证气密性会导致空气流入使得整个实验失败。该设计将微通道试验件直接夹在两个平面装置之间而后使用六角螺栓进行四角固定，如此设计存在问题为微通道试验件放置后，因为一个微通道散热器上有多个微通道，如果未能预先进行键合将每一个通道都独立起来，直接放入两个平面装置仅靠挤压无法保证每个微通道都处于独立状态，使得一个通道的液体有可能通过通道肋与平面装置间的空隙进入另一个通道，如果预先进行玻璃-硅片键合来保证微通道各个独立，又因为使用压力挤压必然导致玻璃破损而无法使用。(二)以授权公告号为CN207114462U的中国专利为例，其公开一种微通道相变传热试验台和测试平台，该设计除了上述(一)中所提及的缺陷以外，另有如下缺陷：该设计中沿着温度梯度设置测温孔，仅仅设置了一排测温孔，一方面该测温孔取得温度并不是流体在微通道内的温度，不可作为流体温度计算，因为微通道和凸台的热阻不能忽略不计。该设计并未说明加热板的具体加热性能与实施方式，加热板性能在相变传热中占据重要地位，同时该设计中仅仅沿着温度梯度设置了一排测温孔，在该设计中是无法精准求出的，如果仅仅通过对加热板的施加功率来断定施加给微通道的热流密度是不准确的，因为加热板和微通道，以及两者之间的粘合物例如导热硅脂所存在的热阻是不能忽略不计的。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法，能对微通道测试件进出口流体的温度、压力进行更精确的测量；能够为微通道提高均匀且较高的单位面积上的热流密度，能够对微通道内的流体流型进行监测；具有加工容易、结构简单、成本低、精确度好等优点，在微通道散热器的研发领域，具有很好的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，包括：基座、两个封装体、铜集热块及微通道实验段；两个封装体采用有机玻璃制作，包括对称设置的第一封装体、第二封装体；封装体一端面为封装端，另一端为自由端；封装端设置有方槽，自由端设置工质进口，工质进口连接工质系统管道；封装体内部设置方箱，方箱两端分别与工质进口及方槽连通；微通道实验段两端分别与第一封装体、第二封装体的方槽配合连接；铜集热块设置在微通道实验段底部，用于加热微通道实验段。进一步的，单个封装体尺寸特征为：宽×长×高＝40mm×50mm×30mm；方槽设置在封装体的封装端中间部位，方槽尺寸特征为：高×宽＝2mm×10mm；方箱尺寸特征为：长×宽×高＝35mm×20mm×20mm；在方箱一侧壁设置测温孔、另一侧壁设置测压孔；测温孔设置在距离封装端30mm处，孔径为1mm；测压孔设置在距离封装端30mm处，采用标准螺孔，孔径为6mm，测压孔内安装有薄膜压力传感器，压力传感器探头设置在距离方箱侧壁2mm处。进一步的，铜集热块包括底座和凸块，采用紫铜整体加工而成，底座安装在基座内，凸台设置在底座上部；凸块顶部端面为水平加热面，水平加热面紧贴微通道实验段；底座内设置有加热棒；凸台的侧面竖直方向设置有两个安装测温装置的圆孔。进一步的，铜集热块的底座尺寸特征为：长×宽×高＝15mm×40mm×15mm，凸块尺寸特征为：长×宽×高＝10mm×10mm×15mm；加热棒安装在底座端面中心直径为10mm、深40mm的圆孔内。进一步的，测温装置为热电偶，热电偶设置在凸台侧面的圆孔内，圆孔在水平加热面以下每5mm间距间隔布置，圆孔直径1mm，孔深1mm，单个侧面上下布置两个热电偶。进一步的，封装体封装端顶部设置平台，用于安装顶部透明盖板；封装端两侧边分别设置通槽，用于安装端部透明挡板；顶部透明盖板、端部挡板均采用一整块有机玻璃加工制作，顶部透明盖板盖在两个封装体的顶部平台之间，两个端部挡板分别盖在两个封装体的两对通槽之间；一个端部挡板上设置有上、下两个热电偶预留连接通道，通道直径为2mm。进一步的，微通道实验段包括铜基微通道和有机玻璃薄片，通过胶粘制作；微通道实验段与方槽连接部位采用耐高温环氧树脂密封加固；铜基微通道尺寸特征为10mm×30mm×1mm，微通道实验段伸入封装端方槽5mm。进一步的，基座采用电木材料制作而成，其中部垂直长度方向设置凹槽，凹槽底面沿两侧壁设置凸台，凸台将凹槽上下分为小凹槽、大凹槽，大凹槽内安装铜集热块底座，小凹槽内设置可调平台，用于调节铜集热块相对位置；铜集热块将微通道实验段顶起，使基座与封装体间隔设置。进一步的，加热棒采用供热功率为1500W的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，其特征在于，包括：基座(1)、两个封装体(2)、铜集热块(3)及微通道实验段(6)；两个封装体(2)采用有机玻璃制作，包括对称设置的第一封装体(21)、第二封装体(22)；封装体(2)一端面为封装端，另一端为自由端；封装端设置有方槽(26)，自由端设置工质进口(27)，工质进口(27)连接工质系统管道；封装体(2)内部设置方箱(25)，方箱(25)两端分别与工质进口(27)及方槽(26)连通；微通道实验段(6)两端分别与第一封装体(21)、第二封装体(22)的方槽(26)配合连接；铜集热块(3)设置在微通道实验段(6)底部，用于加热微通道实验段。

【技术特征摘要】
1.一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，其特征在于，包括：基座(1)、两个封装体(2)、铜集热块(3)及微通道实验段(6)；两个封装体(2)采用有机玻璃制作，包括对称设置的第一封装体(21)、第二封装体(22)；封装体(2)一端面为封装端，另一端为自由端；封装端设置有方槽(26)，自由端设置工质进口(27)，工质进口(27)连接工质系统管道；封装体(2)内部设置方箱(25)，方箱(25)两端分别与工质进口(27)及方槽(26)连通；微通道实验段(6)两端分别与第一封装体(21)、第二封装体(22)的方槽(26)配合连接；铜集热块(3)设置在微通道实验段(6)底部，用于加热微通道实验段。2.根据权利要求1所述的一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，其特征在于，单个封装体(2)尺寸特征为：宽×长×高＝40mm×50mm×30mm；方槽(26)设置在封装体的封装端中间部位，方槽(26)尺寸特征为：高×宽×深＝2mm×10mm×5mm；方箱(25)尺寸特征为：长×宽×高＝35mm×20mm×20mm；在方箱(25)一侧壁设置测温孔(28)、另一侧壁设置测压孔(24)；测温孔(28)设置在距离封装端30mm处，孔径为1mm；测压孔(24)设置在距离封装端30mm处，采用标准螺孔，孔径为6mm，测压孔(24)内安装有薄膜压力传感器，压力传感器探头设置在距离方箱(25)侧壁2mm处。3.根据权利要求1所述的一种微通道换热器流动与相变传热实验测试台，其特征在于，铜集热块(3)包括底座(31)和凸块(32)，采用紫铜整体加工而成，底座(31)安装在基座(1)内，凸台(32)设置在底座(31)上部；凸块顶部端面为水平加热面(33)，水平加热面(33)紧贴微通道实验段；底座(31)内设置有加热棒；凸台(32)的侧面竖直方向设置有两个安装测温装置的圆孔。4.根据权利要求3所述的一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，其特征在于，铜集热块(3)的底座(31)尺寸特征为：长×宽×高＝15mm×40mm×15mm，凸块(32)尺寸特征为：长×宽×高＝10mm×10mm×15mm；加热棒安装在底座端面中心直径为10mm、深40mm的圆孔内。5.根据权利要求3所述的一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台，其特征在于，测温装置为热电偶，热电偶设置在凸台(32)侧面的圆孔内，圆孔在水平加热面以下每5mm间距间隔布置，圆孔直径1mm，孔深1mm，单个侧面上下布置两个热电偶。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，郭聿铭，陆韵伊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61