一种微小射流均温低阻冷却板制造技术

本发明专利技术涉及一种微小射流均温低阻冷却板，包括射流喷嘴、上盖板、冷板；其中，所述射流喷嘴贯穿设置于上盖板的中心位置并与冷板中心对应，所述上盖板自其中心至外侧边缘向下倾斜设置，且其外侧边缘与所述冷板之间设置有出口，自距离冷板射流中心半径处至冷板外侧边缘的冷板上表面，截面形状设置为正弦波形且其波长沿径向向外呈逐渐减小变化。本发明专利技术能够实现冷板上壁面射流区的对流换热系数随着冷板半径的增大而逐渐增大，使得冷板表面温度保持很高的均一性，并借鉴鱼类身体扭动游动的仿生学设计，大幅度降低射流流阻，显著减少驱动射流所需的泵功耗，达到节能效果。达到节能效果。达到节能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种微小射流均温低阻冷却板


[0001]本专利技术属于电力电子元器件的换热
，具体涉及一种微小射流均温低阻冷却板。

技术介绍

[0002]随着高集成度的电子器件、微电子机械系统、大功率激光器的快速发展，电子芯片正向着小尺寸大功率方向发展，其单位体内的热耗散程度越来越高，导致发热量和温度急剧上升，热流通量已经高达106‑
107W/m2，使得局部热点的温度在极短的时间内超过其安全警戒值，由此引起严重的机械、化学、电气等可靠性与安全性的问题。研究表明，电力电子器件的故障有30％可以归因于器件的热失效和热应力所引发，器件工作温度越高，安全运行裕度越小；温度波动越大，热循环寿命越短。
[0003]为了解决高热流密度芯片的散热问题，近年来一批高效散热器应运而生，其中喷射冷却技术以其显著散热性能获得了广泛的关注。喷射冷却技术是以高速射流流体法向冲击传热表面，在驻点附近形成很薄的速度和温度边界层，以及高速射流产生的高湍流强度以获得较大的换热效率，对高热流密度热源的局部高温热点具有显著的冷却效果。
[0004]然而，喷射冷却技术对冲击驻点区域以外的冲击表面(即壁面射流区)的扰动迅速减弱，导致被冲击表面的驻点区温度很低，但壁面射流区温度偏高，整个热沉温度不均匀。该温度不均匀度如果过高，一方面将无法使得被冷却对象全部区域都控制的许可范围内，同时可能使得被冷却对象产生较大的温差热应力，从而造成被冷却对象损坏。
[0005]针对射流冲击热沉表面的温度不均匀性，有报道在热沉表面上布置针肋、多孔介质化处理等方式，这些技术方式虽然能够提升热沉表面的温度均匀性，但同时会使得射流冲击的流动阻力大幅度增加，导致驱动射流工质高速冲击的功耗增加。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题，提供一种微小射流均温低阻冷却板，能够显著提升冷却板表面温度均匀性，同时降低射流流阻以减少射流功耗。
[0007]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0008]一种微小射流均温低阻冷却板，包括射流喷嘴、上盖板、冷板；其中，
[0009]所述射流喷嘴贯穿设置于上盖板的中心位置并与冷板中心对应，冷却工质从射流喷嘴喷射至冷板的射流中心；
[0010]所述上盖板自其中心至外侧边缘向下倾斜设置，且其外侧边缘与所述冷板之间设置有出口；利用上盖板的倾斜设置，使得该区域冷却工质的流速随着冷板半径的增大而增大，最终使对流换热系数也随着冷板半径的增大而增大，并相应抵消射流工质温度逐步增加对冷却的弱化影响，最终保证整个冷却板表面的高度温度均一性；
[0011]自距离冷板射流中心半径r2处至冷板外侧边缘的冷板上表面，截面形状设置为正弦波形且其波长沿径向向外呈逐渐减小变化；能够保持射流冲击表面驻点区的平整状态，
将壁面射流区的表面截面设置成类似于鱼在水中游动行进过程中其身体扭动的曲线状态。
[0012]作为本专利技术的进一步优化方案，所述上盖板自其中心至外侧边缘沿水平倾斜角α向下布置，且水平倾斜角α取值范围为5
‑
15
°
。
[0013]作为本专利技术的进一步优化方案，所述射流喷嘴的半径r1的取值范围为0.1mm
‑
5mm。
[0014]作为本专利技术的进一步优化方案，所述r2的取值范围是r1的2
‑
4倍。
[0015]作为本专利技术的进一步优化方案，所述出口处高度h取值范围是r1的0.2
‑
0.8倍。
[0016]作为本专利技术的进一步优化方案，所述截面正弦波靠近冷板中心的第一波段波长L1和波幅A的取值范围是：L1：r1＝0.2
‑
2，A：r1＝0.1
‑
1。
[0017]作为本专利技术的进一步优化方案，所述截面正弦波各波段的波长自冷板中心至外侧边缘以等比例递减方式设置，且后段的波长为相邻前段波长的0.9倍。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1)本专利技术通过在射流冲击驻点区之外的壁面射流区上设置环形正弦波形截面形状且其波长沿径向向外呈逐渐减小变化，能够加强该区域的冷却工质与冷板表面的扰动，降低流动边界层的厚度，提升对流传热系数；并将上盖板自其中心向外呈水平倾斜角向下布置，使得该区域冷却工质的流速随着冷板半径的增大而增大，最终使对流换热系数也随着冷板半径的增大而增大，并相应抵消射流工质温度逐步增加对冷却的弱化影响，因而能够使得整个冷却板表面温度保持很高的均一性；
[0020]2)本专利技术壁面射流区上设置的环形正弦波形截面形状，是一种类似于鱼在水中游动行进过程中其身体扭动的曲线，其游动的阻力是最小的，亦即，该壁面射流区表面借助了鱼类仿生学的设计，能够达到大幅度降低射流流阻的效果，显著减少射流的驱动压头，所需的泵的功耗，达到节能效果。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种微小射流均温低阻冷却板的爆炸示意图。
[0022]图2为本专利技术的半径范围内径向截面图。
[0023]图3为常规射流冲击的平整冷却板表面温度图(四分之一圆周，图中单位：℃)。
[0024]图4为本专利技术的冷却板表面温度图(四分之一圆周，图中单位：℃)。
[0025]图5为常规射流冲击平整冷却板和本专利技术的冷却工质压降对比图(单位：帕Pa)
[0026]图中：1、射流喷嘴；2、上盖板；3、冷板。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
[0029]实施例1
[0030]如图1
‑
2所示，一种微小射流均温低阻冷却板，包括射流喷嘴1、上盖板2、冷板3；其中，
[0031]所述射流喷嘴1贯穿设置于上盖板2的中心位置并与冷板3中心对应，所述射流喷嘴1半径为r1；
[0032]所述上盖板2自其中心向外沿水平倾斜角α向下布置，且其外侧边缘与所述冷板3之间设置有出口；
[0033]自距离冷板3中心半径r2处(射流冲击驻点区)至冷板3外侧边缘的冷板3上表面(即壁面射流区)，截面形状设置为正弦波形，且其波长L沿径向向外呈逐渐减小变化。在本实施例中，共有7个波段，分别依次为L1、L2、
…
、L2，采取等比例递减方式，即后段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微小射流均温低阻冷却板，其特征在于：包括射流喷嘴(1)、上盖板(2)、冷板(3)；其中，所述射流喷嘴(1)贯穿设置于上盖板(2)的中心位置并与冷板(3)中心对应；所述上盖板(2)自其中心至外侧边缘向下倾斜设置，且其外侧边缘与所述冷板(3)之间设置有出口；自距离冷板(3)中心半径r2处至冷板(3)外侧边缘的冷板(3)上表面，截面形状设置为正弦波形且其波长沿径向向外呈逐渐减小变化。2.根据权利要求1所述的一种微小射流均温低阻冷却板，其特征在于：所述上盖板(2)自其中心至外侧边缘沿水平倾斜角α向下布置，且水平倾斜角α取值范围为5
‑
15
°
。3.根据权利要求1所述的一种微小射流均温低阻冷却板，其特征在于：所述射流喷嘴(1)的半径r1的取值范围为0.1mm
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐志国，项毅，武一凡，李浩然，蔡晓东，许倍榜，黄文忠，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：