一种用于强化沸腾传热的蒸发-沸腾纵向共存复合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于强化沸腾传热的蒸发

【技术实现步骤摘要】
一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构


[0001]本专利技术涉及强化沸腾传热
，更具体地说是一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构。

技术介绍

[0002]由于微电子器件小型化及集成度高的发展特点，其对高效散热方式也提出了较高的要求。目前，沸腾传热作为一种伴随着气液相变的高效能量传递方式，具有传热温差小和热流密度大等特点，成为解决这一难题的重要技术手段。
[0003]当前，大量研究表明，多孔介质具有较高的比表面积及较强的毛细抽吸能力，直接应用于沸腾传热时，多孔内部的孔隙结构不仅能扩展传热面积，同时也为沸腾提供大量的核化穴，是一种常见的强化沸腾传热表面。一般利用大孔径的薄多孔结构在其内部直接沸腾强化传热，而在小孔径的厚多孔结构下主要发生的是表面的蒸发传热。因此，当利用制备的多孔毛细芯进行蒸发传热结合外部存在的沸腾传热形成新的复合传热结构，有望使得沸腾传热过程得到进一步的强化。现有关于强化沸腾传热结构已有相关专利方案公开，例如专利公开号：CN110842202A，公开日2020年02月28日，专利技术创造名称为：一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法，该申请案公开了一种自由颗粒/多孔介质复合强化沸腾结构及其制备方法，在多孔基体结构内分布有若干孔腔，且孔腔内分散有能够移动的自由颗粒。该申请案通过基于沸腾传热过程中核化点激活以及吸液芯向成核位点供液的强化特点，将气泡成核和供液分区以防止气泡合并以及降低液体回流阻力；同时利用自由颗粒在沸腾过程中的碰撞强化工作流体内导热、微层蒸发及对流传热，使气泡易成核，生长速率快，脱离频率高，从而实现了强化沸腾传热。但是，该申请案也还存在需要改进的地方，其多孔结构及通道共同占据了加热面，在强化传热的同时牺牲了一部分的相变传热面积。
[0004]综上所述，如何利用多孔介质在强化沸腾传热过程中实现在有限的空间内增大传热面积，能够实现持续性的沸腾传热，保证成核气泡快速生长及脱离等问题，是现有技术中需要进行改进的地方。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，加热基板通过导热微柱将热量导入多孔毛细芯，并利用多孔毛细芯蒸发排出的小气泡增加其底部沸腾区的气化核心，降低了沸腾起始点，加强了流场扰动，强化底部液体区域的沸腾传热；另外实现了传热面积在纵向上的增加，避免了直接的加热面积扩展带来的输入热流密度降低。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，包括水平设置的加热基
板，所述加热基板上表面通过竖向设置的导热微柱固定安装有多孔毛细芯，竖向设置的所述导热微柱之间形成过热流体工质区域；所述多孔毛细芯下部与导热微柱接触部分形成气化核心，在加热基板与多孔毛细芯之间存在的过热流体工质区域的沸腾更加充分，由多孔毛细芯通过蒸发排出的小气泡的增加，以增加多孔毛细芯底部沸腾区的气化核心，降低了沸腾起始点，加强了流场扰动，强化底部液体区域的沸腾传热；在过热流体工质的加热下，转变为沸腾传热，小气泡长大到一定尺度从而形成气泡，并从多孔毛细芯底部沿着气泡脱离方向脱离。加热基板通过导热微柱将热量导入多孔毛细芯，实现了传热面积在纵向上的增加，避免了直接的加热面积扩展带来的输入热流密度降低。
[0010]进一步的技术方案，所述多孔毛细芯下部设置有凸起，所述凸起与导热微柱接触区域形成气化核心，由于多孔毛细芯下表面为凸起状，气化核心随着蒸发过程的进行不断长大成为气泡，接着就会更容易脱离多孔毛细芯的下表面，在过热流体工质区域中进行沸腾传热，实现了纵向沸腾蒸发共存的情况。
[0011]进一步的技术方案，所述导热微柱的轴向截面形状为圆柱形或长方形或正方形或梯形或菱形或水滴形或椭圆形，以根据需要散热的结构和大小，相应的改变导热微柱的形状，从而满足不同场合。
[0012]进一步的技术方案，所述导热微柱为高导热材料，选用铜、铝或金等。
[0013]进一步的技术方案，所述多孔毛细芯为低热导率材料，导热系数不高于10W/(m
·
K)。
[0014]进一步的技术方案，所述导热微柱下表面与加热基板黏合，再通过深度皮秒激光刻蚀法在加热基板上表面竖向形成了导热微柱。
[0015]进一步的技术方案，所述导热微柱上表面与多孔毛细芯下表面通过烧结法相连接，形成复合结构，所述复合结构通过多孔毛细芯多孔抽吸供液以及导热微柱间隙从而形成稳定的气液通道，加快了气泡沿着气泡脱离方向稳定脱离，延迟在加热面与多孔毛细芯下表面之间区域直接沸腾形成气膜的出现，实现了多孔蒸发
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沸腾协同强化相变传热，所述复合结构的制造简单，适用性广，生产成本低廉，能够满足不同沸腾传热条件下的需求，整体结构在有限的空间内使传热面积得到了扩展，提高了传热性能及临界热流密度。
[0016]进一步的技术方案，所述复合结构在加热基板的上表面竖向设置若干组。
[0017]进一步的技术方案，所述导热微柱在加热基板表面呈阵列式均匀间隔分布。
[0018]3.有益效果
[0019]采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，通过加热基板将热量通过导热微柱传递到毛细芯，所述多孔毛细芯的下表面受热蒸发产生蒸汽，蒸汽排出多孔形成的小气泡为多孔毛细芯下表面和加热基板之间的过热流体工质提供了可以强化沸腾传热的气化核心，同时排出的小气泡加强了对底部流场的扰动，进一步强化了沸腾换热效果；
[0021](2)本专利技术的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，多孔毛细芯下表面为凸起状，使得在多孔毛细芯下表面蒸发产生的气化核心所生成的小气泡更容易脱离进入底部的过热流体工质区域，进而实现在过热流体工质区域的沸腾，使得沸腾蒸发纵向共存，整体结构在有限的空间内使传热面积得到了扩展，提高了传热性能及临界热流密
度；
[0022](3)本专利技术的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，所述导热微柱的轴向截面形状为圆柱形或长方形或正方形或梯形或菱形或水滴形或椭圆形，以根据需要散热的结构和大小，相应的改变导热微柱的形状，从而满足不同场合；
[0023](4)本专利技术的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，所述导热微柱上表面与多孔毛细芯下表面通过烧结法相连接以形成复合结构，各复合结构单元间形成的通道结合多孔毛细芯抽吸工质，从而在此沸腾传热过程中形成稳定的气液流道，有利于相变传热性能的提升，且该复合结构的制造简单，适用性广，生产成本低廉，能够满足不同沸腾传热条件下的需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，其特征在于：包括水平设置的加热基板(1)，所述加热基板(1)上表面通过竖向设置的导热微柱(2)固定安装有多孔毛细芯(3)，竖向设置的所述导热微柱(2)之间形成过热流体工质区域(4)；所述多孔毛细芯(3)下部与导热微柱(2)接触部分形成气化核心(5)。2.根据权利要求1所述的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，其特征在于：所述多孔毛细芯(3)下部设置有凸起(31)，所述凸起(31)与导热微柱(2)接触区域形成气化核心(5)。3.根据权利要求2所述的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，其特征在于：所述导热微柱(2)的轴向截面形状为圆柱形或长方形或正方形或梯形或菱形或水滴形或椭圆形。4.根据权利要求3所述的一种用于强化沸腾传热的蒸发
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沸腾纵向共存复合结构，其特征在于：所述导热微柱(2)为高导热材料。5.根据权利要求2所述的一种用于强化沸腾传热的蒸发<...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪冬冬，何孝磊，楚化强，林琦，方威震，林家瑜，杨磊，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：