一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，包括蒸发器、汽液两相流喷射升压装置、沸腾池和冷凝器；汽液两相流喷射升压装置采用中心进汽、环周进水结构；蒸发器的出口与汽液两相流喷射升压装置相连，汽液两相流喷射升压装置与沸腾池的入口相连；沸腾池的出口与套管式冷凝器的冷凝液入口连接；冷凝器的出口与蒸发器相连。本发明专利技术通过加入汽液两相流喷射升压装置，将部分过冷液体工质不经过蒸发器而直接引入沸腾池，解决了沸腾池供液不足的问题，同时增加了系统运行的动力，实现电子元器件的高效冷却散热和热量的远距离传送。
【技术实现步骤摘要】
一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器
本专利技术属于电子元器件冷却散热领域，涉及一种热管散热装置，特别涉及一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器。
技术介绍
随着电子元器件集成化、大功率化和小型化程度越来越高，其发热量也急剧增大，如何及时有效地将这部分热量散出成为制约电子器件发展的重要因素。传统的风冷等方式已经不能满足其高散热率的需求。环路热管是一种高效的两相传热装置，其利用蒸发器内毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，具有传热系数大、无运动部件、布置灵活等显著优点。其中平板式环路热管因为易于与散热面紧密贴合，热阻小，效率高，在电子设备散热和航天器的热控制等领域已获得实际应用，并具有广阔的前景。然而平板式环路热管存在背向漏热严重和散热能力有限等问题，需要对系统结构不断改进，甚至开发新的环路热管，以提高其散热性能。如中国专利201310089745.5便设计了一种有池沸腾的环路热管散热装置，其中蒸发器的主要功能是利用毛细芯产生毛细力为热管运行提供动力，其加载的热负荷一般较小，从而减小背向漏热；而沸腾池是真正与电子元器件接触的部件，具有传热效率高的特点。但是在实验过程中发现该环路热管仍存在若干缺点。首先，存在沸腾池供液不足的现象。当沸腾池加载的热负荷较大时，池内工质迅速蒸发，蒸发器提供的工质少于沸腾池消耗的工质，沸腾池底烧干，温度急剧上升，导致热管运行温度波动大甚至启动失败，从而限制了该环路热管在更高热流密度下的使用。此外，由于毛细芯提供的毛细力不足以克服整个回路的总压降，该热管的成功运行需要重力辅助，限制了其在微重力和逆重力环境下的使用。由此可见，上述有池沸腾的环路热管散热装置还需进一步改进，才能满足实际应用的要求。汽液两相流喷射升压装置是一种特殊的射流泵，它利用高压蒸汽经过超音速蒸汽喷嘴膨胀后形成的超音速气流作为动力源，在变截面混合腔中与低压水流直接接触后形成超音速的汽液两相流，在流动受阻塞的情况下产生凝结激波，实现压力突变，得到远远超过进口蒸汽压力的高压水流，从而实现大幅度提高水压之目的，实质上是利用蒸汽凝结释放的热量中的部分可用能转化为机械功得以提高水的压力。根据蒸汽喷嘴和液体喷嘴位置与结构的不同，超音速汽液两相流升压装置可以分为两种基本的结构型式：中心进汽、环周进水结构和中心进水、环周进汽结构。汽液两相流喷射升压装置具有无机械运动部件、无需外部动力和可靠性高等特点。目前汽液两相流喷射升压装置已应用于供热系统，商用和军用舰船压水堆机组的堆芯应急供水和给水系统以及沸水堆的给水系统等，但尚未用于热管电子元器件冷却散热领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有环路热管沸腾池供液不足和运行驱动力不足的问题，提出一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，通过将部分冷凝器出口的低温液态工质不经过蒸发器而直接引入沸腾池，增加了沸腾池的液体供给，同时升高工质的压力，使其能够对高热流密度下的电子器件进行有效散热。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，包括蒸发器、汽液两相流喷射升压装置、沸腾池和冷凝器；汽液两相流喷射升压装置采用中心进汽、环周进水结构；蒸发器的出口与汽液两相流喷射升压装置相连，汽液两相流喷射升压装置与沸腾池的入口相连；沸腾池的出口与套管式冷凝器的冷凝液入口连接；冷凝器的出口与蒸发器相连。本专利技术进一步的改进在于，汽液两相流喷射升压装置包括蒸汽喷嘴、液体喷嘴、混合腔、喉部和扩散段，混合腔、喉部与扩散段依次相连通，蒸汽喷嘴与液体喷嘴均与混合腔相连通，液体喷嘴设置在蒸汽喷嘴外侧；蒸发器的出口通过第一蒸汽段的管路连接至汽液两相流喷射升压装置的蒸汽喷嘴；汽液两相流喷射升压装置的扩散段通过第一液体段与沸腾池的入口相连。本专利技术进一步的改进在于，蒸汽喷嘴为拉瓦尔喷管。本专利技术进一步的改进在于，混合腔为渐缩形的通道，喉部为圆柱形通道，扩散段为渐扩形的通道。本专利技术进一步的改进在于，冷凝器的出口还有一路与通过第三液体段与汽液两相流喷射升压装置的液体喷嘴连接。本专利技术进一步的改进在于，汽液两相流喷射升压装置采用3D打印的方式加工。本专利技术进一步的改进在于，蒸发器为方柱形或圆柱形。本专利技术进一步的改进在于，蒸发器包括补偿室、毛细芯和蒸汽槽道，补偿室下方设置有提供动力的毛细芯，毛细芯下方设置有蒸汽槽道，蒸汽槽道一侧设置有集气槽，并且蒸汽槽道与集气槽相连通，集气槽经过第一蒸汽段与汽液两相流喷射升压装置的蒸汽喷嘴相连。本专利技术进一步的改进在于，沸腾池底板上设置有金属泡沫，金属泡沫上设置有方柱微结构。本专利技术进一步的改进在于，冷凝器上设置有冷却水出口以及冷却水入口。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，包括蒸发器、汽液两相流喷射升压装置，沸腾池，冷凝器。与现有的有池沸腾的环路热管散热装置相比，本装置在蒸发器和沸腾池之间加入了汽液两相流喷射升压装置。在进汽压力较高、进水压力较低的情况下中心进汽、环周进水结构的性能更好，结合热管中压力分布的特点，本专利技术采用中心进汽、环周进水结构的汽液两相流喷射升压装置。通过设置汽液两相流喷射升压装置，本专利技术增加了热管运行的驱动力，使其具备微重力甚至抗重力运行的能力。理论上汽液两相流喷射升压装置出口高压液体压力可以达到进口蒸汽的26倍左右，因此两相流喷射升压装置增加的压力和毛细芯产生毛细力共同作为动力源克服整个回路的总压降，减小重力对环路热管的影响，同时实现长距离的热量传输。本专利技术简化了热管的冷却系统，在原热管中，蒸发器出来的蒸汽需先经过第一冷凝器冷却成液体，再流到沸腾池，因而有两个冷凝器。而在本专利技术中蒸发器出来的蒸汽与过冷液体在汽液两相流喷射升压装置的混合腔相遇并产生激波，蒸汽几乎全部凝结，得到的单相水直接流入沸腾池，因而热管只有一个冷凝器。本专利技术通过加入汽液两相流喷射升压装置，将部分过冷液体工质不经过蒸发器而直接引入沸腾池，解决了沸腾池供液不足的问题，同时增加了系统运行的动力，实现电子元器件的高效冷却散热和热量的远距离传送。进一步的，从蒸发器产生的蒸汽进入蒸汽喷嘴，经过近似的等熵膨胀过程，部分热能转化为动能，速度增大至超音速，压力降低，在蒸汽喷嘴出口形成一个低压区，使得冷凝器出口部分过冷液体顺利的从液体喷嘴进入混合腔。液体喷嘴使过冷液体加速，均匀分布在进入混合腔的超音速蒸汽汽流周围，强化液体与蒸汽进行混合。超音速蒸汽汽流与高速过冷液态工质在混合腔相遇，汽液两相流是超音速流动，并最终在混合腔出口即喉部或者稍微向后一些的位置，形成凝结激波，激波之后，蒸汽几乎全部凝结，同时使得混合腔出口的液体压力迅速升高。凝结激波后的单相液态工质经过扩散段，部分动能转化为势能，速度降低，压力进一步升高，流动为亚音速流动。扩散段后得到的单相高压液体进入沸腾池进行相变传热。进一步的，本专利技术通过将冷凝器的出口与汽液两相流喷射升压装置的液体喷嘴连接，增加了沸腾池的工质补给，除蒸发器产生的蒸汽外，还增加了从冷凝器出口引射过来的过冷液体，从而抑制了沸腾池烧干现象的发生，提高了热管能够承受的热负荷。附图说明图1为本专利技术的散热器主体剖视图。图2为本专利技术的汽液两相流喷射升压装置剖视图。其中：1为蒸发器；2为集气槽；3为第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，包括蒸发器(1)、汽液两相流喷射升压装置(4)、沸腾池(6)和冷凝器(13)；汽液两相流喷射升压装置(4)采用中心进汽、环周进水结构；蒸发器(1)的出口与汽液两相流喷射升压装置相连，汽液两相流喷射升压装置与沸腾池(6)的入口相连；沸腾池(6)的出口与套管式冷凝器(13)的冷凝液入口连接；冷凝器(13)的出口与蒸发器(1)相连。
【技术特征摘要】
1.一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，包括蒸发器(1)、汽液两相流喷射升压装置(4)、沸腾池(6)和冷凝器(13)；汽液两相流喷射升压装置(4)采用中心进汽、环周进水结构；蒸发器(1)的出口与汽液两相流喷射升压装置相连，汽液两相流喷射升压装置与沸腾池(6)的入口相连；沸腾池(6)的出口与套管式冷凝器(13)的冷凝液入口连接；冷凝器(13)的出口与蒸发器(1)相连。2.根据权利要求1所述的一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，汽液两相流喷射升压装置(4)包括蒸汽喷嘴(4-1)、液体喷嘴(4-5)、混合腔(4-2)、喉部(4-3)和扩散段(4-4)，混合腔(4-2)、喉部(4-3)与扩散段(4-4)依次相连通，蒸汽喷嘴(4-1)与液体喷嘴(4-5)均与混合腔(4-2)相连通，液体喷嘴(4-5)设置在蒸汽喷嘴(4-1)外侧；蒸发器(1)的出口通过第一蒸汽段(3)的管路连接至汽液两相流喷射升压装置的蒸汽喷嘴(4-1)；汽液两相流喷射升压装置的扩散段(4-4)通过第一液体段(5)与沸腾池(6)的入口相连。3.根据权利要求2所述的一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，蒸汽喷嘴(4-1)为拉瓦尔喷管。4.根据权利要求2所述的一种有汽液两相流喷射升压装置的环路热管散热器，其特征在于，混合腔(4-2)为渐缩形的通道，喉部(4-...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏进家，刘蕾，杨小平，刘杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。