两相冷却装置国内外研究现状
时间:2017-05-01 17:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 热管是利用相变来强化换热的传统技术，其概念最早由Cotter提出。1965年Cotter发展了热管基本理论，其研究成果成为热管研究的基础，并引起科研人员对热管内部蒸汽和液体流动的规律及其传热机理更深入的探索和研究[3]。在20世纪60年代末达到理论研究高峰，于70年代开始在工业领域大量应用，热管技术从此飞速发展。我国也从20世纪70年代开始，开展了对热管的研究和应用工作。1978年西德成功研制出用于大功率半导体元件冷却的热管散热器，重量仅为传统散热器的五分之一。Mochizuki针对笔记本个人电脑冷却研究了一种铰链热管，散热功率 ，CPU表面温度低于 [4]。Zaghdoudi对航空电子设备(AEM)冷却用热管的效能进行了实验，结果表明热管能很好地导出电子器件产生的热量[5]。热管技术目前已相对成熟，已广泛应用于台式电脑、笔记本电脑的CPU散热及其显卡的散热。同时热管技术在航空航天及核工业中的许多场合有重要应用。7894 毛细泵吸环路（CPL）是美国NASA Lewis研究中心Stenger于1966年首先提出的[6]。20世纪80年代中期，该技术应用于航空航天飞行器的热控制，成为国际空间热物理学领域最重要的研究课题之一。 Pouzet开发了一个试验毛细循环泵系统，研究了基本的反应机理，并分析了整个回路的理论模型，包括蒸发器模型、蒸发表面的物理模型、毛细芯的热物理模型和动压模型、微沟槽的蒸气流动模型、冷凝器模型、液体管道模型、蒸气管道模型、储液器模型[7]。Chen设计了一种为电子芯片冷却的毛细泵吸环路（CPL），由蒸发器、冷凝器、蒸气管和液体管组成，体积为 ，该装置散热能力为 ，能保证芯片表面温度在 以下，并采用红外照相技术观测了整个CPL回路的温度状况[8]。Kirshberg于1999年研制了第一个微型CPL[9]。林唯耕针对目前笔记本计算机CPU在小空间内的高发热量趋势，提出采用CPL取代传统热管，实现小空间内的更高效传热[10]。将微小化毛细泵吸环路应用于笔记本计算机传热。设计了三种微小型CPL环路，由5部分组成：蒸发器、冷凝器、隔离器、蒸汽道、液体道，省去了传统CPL的储液器。可稳定传热 ，热阻最小达 ，工质填充量在30%时系统达到最佳性能。 环路式热管(LHP)技术最早由前苏联乌拉尔科技学院Gerasi-mov和Maydanik1972年发明并申请专利，主要应用在空间技术热控制。目前微电子电子散热成为LHP的一个新的应用领域，成为最近LHP研究的热点。David开发了一种小型化的多蒸发器混合回路式热管，单个蒸发器传热量为 ，整个LHP回路总传热量为 ，蒸发器导热系数为 [11]。Tsai[12]研制了一种小型平板环路热管(FPLHP)，由蒸发器、冷凝器和输送管三部分组成，采用了传统加工工艺在蒸发器加工微沟槽，并且采用了纯水、甲醇、HCFC141b三种不同的工质进行了实验，实验结果表明使用工质HCFC时的散热量达到 ，温度低于 。Pastukhov研制了一种微小型环路式热管(MLHP)，散热量 ，在空气对流冷却下，系统热阻 ，系统总热阻最小可达 ，散热距离达 。该MLHP有L型和S型，L型LHP蒸发器直径为 ，在有效传输长度 条件下散热能力达到 ，最小热阻达 [13]。并针对笔记本散热空间设计了3种S型环路热管，总热阻在 ，最大散热量达 ，正常散热量为 ，在环境温度为 时，CPU温度在 。Maydanik[14]研制了一种适应高热流密度的环路热管，热流密度达 ，在热流密度为 时,最大传热效率 。 热虹吸器在大型电子器件的应用较广，目前研究较多。Kuwahara研制了一种用于冷却高热流功率装置的大型两相热虹吸器，采用FC-72为工质，冷却能力达 [15]。Yuan研制了一种紧凑式两相热虹吸系统，由蒸发器、蒸汽管、冷凝器、回流管组成[16]。冷凝器比蒸发器高，依靠重力产生的压力差驱动，产生自然回流热虹吸效应。并采用微加工结构进行沸腾强化，考虑到重力势能不能提供足够的能量冷凝浓缩，采用了泵循环回路，并研究了蒸发器和冷凝器高度差对泵几率的影响。Haider研究了应用于电子器件冷却的闭环两相流热虹吸的传热模型，模型考虑了质量、动力、能量平衡[17]。并采用PF-5060为工质进行了实验验证。Pal研制了一种用于计算机微处理器散热的紧凑式两相热虹吸系统，在蒸发器中加入了沸腾强化结构，并搭建了测试平台对该两相热虹吸器进行了测试，研究表明工质是影响散热性能的重要参数[18]。Khodabandeh和Palm研究了工质性能及流量、热流量、壁表面结构、系统压力、蒸发分数、蒸发器沟槽尺寸和连接管长度对两相热虹吸回路性能的影响，给出了回流管单相压力模型，实验最大散热量达 ，热流密度范围 [19]。Gima研制了体积为 的蒸发器，并在蒸发器中采用了平面翅化板加强沸腾、冷凝器体积为 ，采用软管连接，组成一个热虹吸器,采用氟(FC-72)为工质，研究了工质量和传热量的关系[20]。实验证明，沸腾翅强化板有利于降低散热器表面温度，采用沸腾翅强化板的蒸发器温度要比不采用沸腾翅强化板的低10%。在热源 的条件下，散热器表面温度和环境温度差保持在 左右。 (责任编辑：qin) |