一种气液相分离型微通道相变冷却器制造技术

本发明专利技术涉及一种气液相分离型微通道相变冷却器，其中，包括：上层盖板上设置有流体进液口和流体出液口；下层微通道板上设置有进口流体分配腔、微通道阵列和出口流体汇集腔；微通道阵列由入口微通道阵列、周期性轴向渐扩通道阵列、周期性径向渐扩汇聚联箱以及两侧的分相通道组成；上层盖板的流体进液口以及流体出液口分别正对下层微通道板上的进口流体分配腔和出口流体汇集腔；底层模拟发热源位于下层微通道板背面并正对微通道阵列区域，两侧分相通道位于底层模拟发热源加热区域外侧。本发明专利技术抑制了并联通道产生的流动和传热不稳性，延缓下游蒸汽膜覆盖加热面产生传热恶化现象。

【技术实现步骤摘要】
一种气液相分离型微通道相变冷却器
本专利技术属于电子器件冷却
，特别涉及一种气液相分离型微通道相变冷却器。
技术介绍
微通道换热器通常指水力直径在微米到亚毫米量级的通道，由于微通道的流通的水力直径较小，与常规的宏观尺度换热器相比，具有更大的比表面积，因而具有更高的热质传输速率，在相同的换热量条件下，微通道换热器具有更小的体积。作为典型的高效紧凑式换热器，微通道换热器在超临界流体传热、高热流电子器件冷却、可移动撬装式能源装备等领域具有广阔的应用前景。微通道相变换热利用液态工质在微通道内蒸发吸热实现对热源的冷却，结合了微通道换热技术和相变高效换热模式，在高效紧凑换热领域更具应用潜力。然而，微通道相变换热过程中由于气泡的核化生长过程中收到周向通道壁面的局限，气泡只能沿通道长度方向生长，在较高的热流密度条件下，气液界面沿通道长度方向的急剧膨胀在微通道内产生活塞效应，导致上游来流液体产生回流，使得下游缺乏液体润湿而发生加热表面被大范围的蒸汽膜覆盖，达到临界热密度，传热急剧恶化。此外，在并联微通道中，由于各并联微通道内气泡核化过程的不同步，各通道之间的压力不平衡还会导致并联通道之间存在流动和传热的不稳定性，因此，微通道相变过程中存在的流动和传热不稳定性以及临界热流密度等问题，制约了其实际推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气液相分离型微通道相变冷却器，用于解决上述现有技术的问题。本专利技术一种气液相分离型微通道相变冷却器，其中，包括：上层盖板(1)、下层微通道板(2)和底层模拟发热源(3)；上层盖板(1)上设置有流体进液口(11)和流体出液口(12)；下层微通道板(2)上设置有进口流体分配腔(21)、微通道阵列(22)和出口流体汇集腔(23)；所述微通道阵列(22)由入口微通道阵列(221)、周期性轴向渐扩通道阵列(222)、周期性径向渐扩汇聚联箱(223)、以及两侧的分相通道(224)组成；所述上层盖板的流体进液口(11)、流体出液口(12)分别正对所述下层微通道板(2)上的进口流体分配腔(21)和出口流体汇集腔(22)；底层模拟发热源(3)位于所述下层微通道板(2)背面并正对微通道阵列区域，所述两侧分相通道(223)位于所述底层模拟发热源(3)加热区域外侧。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述入口微通道阵列(221)为水力直径D1的等间距并联平行微通道。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述轴向渐扩型微通道阵列(222)为入口水力直径为D2，出口水力直径为D3，且D2<D3的渐扩型微通道阵列。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述入口微通道阵列(222)的水力直径D1以及两侧分相通道(224)的水力直径D4大于所述轴向渐扩型微通道(222)的入口水力直径D2。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性径向渐扩汇聚联箱(223)为中心窄两侧宽的轴向对称渐扩布置，中心最窄处的水力直径D5大于所述轴向渐扩型微通道(222)的入口水力直径D2。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述入口微通道阵列(221)的水力直径D1、轴向渐扩型微通道阵列(222)的出口水力直径D3、径向渐扩汇聚联箱(223)最宽处的水力直径D6以及两侧分相微通道的水力直径均小于冷却工质的毛细长度L，其中：σ，g，ρL，ρv分别为气液界面张力、重力加速度、液相及蒸汽相密度。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性径向汇聚联箱(223)一方面作为汇聚联箱消除了上游通道由于相变过程不同步或相变强度差异导致的通道间压力不平衡问题，另一方面利用轴向渐扩微通道(222)入口处轴向界面张力对气泡的阻隔效应以及径向界面张力梯度对气泡的驱动效应使得汇聚联箱内的大尺度气泡分离到所述两侧的分相微通道(224)内。根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性轴向渐扩通道(224)内气泡在沿轴向的界面张力梯度作用下，气液界面生长和膨胀过程中易于往下游膨胀，抑制蒸汽相往上游回流导致的传热不稳定和传热恶化.根据本专利技术的一种气液相分离型微通道相变冷却器的一实施例，其中，所述周期性轴向渐扩微通道阵列(222)和所述周期性径向渐扩汇聚联箱(223)的排布方式为交替排布。本专利技术的突出优势不仅在于抑制了并联通道产生的流动和传热不稳性，还可延缓下游蒸汽膜覆盖加热面产生传热恶化现象，可同时实现减小压降、强化传热、抑制流动不稳定性和提高临界热流密度的多重功能，具有广阔的应用前景。附图说明图1所示为一种气液相分离型微通道相变冷却器的剖视图；图2所示为一种气液相分离型微通道相变冷却器的立体图；图3为下层微通道板上微通道阵列结构布置立体图；图4为下层微通道板上微通道阵列结构布置俯视；图5为气液分相工作原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。图1所示为一种气液相分离型微通道相变冷却器的剖视图，图2所示为一种气液相分离型微通道相变冷却器的立体图，图3为下层微通道板上微通道阵列结构布置立体图，图4为下层微通道板上微通道阵列结构布置俯视，如图1至图4所示，本专利技术的目的是提出一种气液相分离型微通道相变冷却器由上层盖板1、下层微通道板2和底层模拟发热源3组成。上层盖板1上设置有流体进液口11和流体出液口12；下层微通道板2上设置有进口流体分配腔21、微通道阵列22和出口流体汇集腔23；所述微通道阵列22由入口微通道阵列221、周期性轴向渐扩通道阵列222、周期性径向渐扩汇聚联箱223、以及两侧的分相通道224组成；所述周期性轴向渐扩微通道阵列222和所述周期性径向渐扩汇聚联箱223的排布方式为交替排布；所述上层盖板的流体进液口11、流体出液口12分别正对所述下层微通道板2上的进口流体分配腔21和出口流体汇集腔23；底层模拟发热源3位于所述下层微通道板2背面并正对微通道阵列区域，所述两侧分相通道223位于所述底层模拟发热源3加热区域外侧。所述入口微通道阵列221为水力直径D1的等间距并联平行微通道；所述轴向渐扩型微通道阵列222为入口水力直径为D2、出口水力直径为D3且D2<D3的渐扩型微通道阵列；所述入口微通道阵列222的水力直径D1以及两侧分相通道224的水力直径D4大于所述轴向渐扩型微通道222的入口水力直径D2；所述周期性径向渐扩汇聚联箱223为中心窄两侧宽的轴向对称渐扩布置，中心最窄处的水力直径D5大于所述轴向渐扩型微通道222的入口水力直径D2。所述入口微通道阵列221的水力直径D1、轴向渐扩型微通道阵列222的出口水力直径D3、径向渐扩汇聚联箱223最宽处的水力直径D6以及两侧分相微通道的水力直径均小于冷却工质的毛细长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征在于，包括：上层盖板(1)、下层微通道板(2)和底层模拟发热源(3)；上层盖板(1)上设置有流体进液口(11)和流体出液口(12)；下层微通道板(2)上设置有进口流体分配腔(21)、微通道阵列(22)和出口流体汇集腔(23)；所述微通道阵列(22)由入口微通道阵列(221)、周期性轴向渐扩通道阵列(222)、周期性径向渐扩汇聚联箱(223)、以及两侧的分相通道(224)组成；所述上层盖板的流体进液口(11)、流体出液口(12)分别正对所述下层微通道板(2)上的进口流体分配腔(21)和出口流体汇集腔(22)；底层模拟发热源(3)位于所述下层微通道板(2)背面并正对微通道阵列区域，所述两侧分相通道(223)位于所述底层模拟发热源(3)加热区域外侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征在于，包括：上层盖板(1)、下层微通道板(2)和底层模拟发热源(3)；上层盖板(1)上设置有流体进液口(11)和流体出液口(12)；下层微通道板(2)上设置有进口流体分配腔(21)、微通道阵列(22)和出口流体汇集腔(23)；所述微通道阵列(22)由入口微通道阵列(221)、周期性轴向渐扩通道阵列(222)、周期性径向渐扩汇聚联箱(223)、以及两侧的分相通道(224)组成；所述上层盖板的流体进液口(11)、流体出液口(12)分别正对所述下层微通道板(2)上的进口流体分配腔(21)和出口流体汇集腔(22)；底层模拟发热源(3)位于所述下层微通道板(2)背面并正对微通道阵列区域，所述两侧分相通道(223)位于所述底层模拟发热源(3)加热区域外侧。


2.根据权利要求1所述的一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征在于，所述入口微通道阵列(221)为水力直径D1的等间距并联平行微通道。


3.根据权利要求1所述的一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征在于，所述轴向渐扩型微通道阵列(222)为入口水力直径为D2，出口水力直径为D3，且D2<D3的渐扩型微通道阵列。


4.根据权利要求3所述的一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征在于，所述入口微通道阵列(222)的水力直径D1以及两侧分相通道(224)的水力直径D4大于所述轴向渐扩型微通道(222)的入口水力直径D2。


5.根据权利要求3所述的一种气液相分离型微通道相变冷却器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，刘广飞，胡士松，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11