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摘要
元器件的小型化和性能的提升使得电子器件功率不断提高，器件的中的热流密度已经达到100W/cm2，传统的空气强制对流冷却方式已不再能满足散热需求，在一些领域，散热问题制约了电子器件的发展与应用，优越的散热性能对于保证电子器件的可靠性有着十分重要意义。 强迫对流沸腾作为相变换热方式的一种，具有很高的传热系数，可以有效应对高热流密度的散热问题，近年来受到了广泛的关注。本文针对具有高热流密度的集中热源散热问题，提出了使用R134a和全氟己酮作为冷却工质的冷板冷却方式。 本文首先通过数值模拟与分析，确定了由等截面矩形流道组成的相变冷板，冷板中采用串并联的流动形式以提高冷却工质在冷板内流动的均匀性。设计加工了四块不同材质（铜、铝）和流道高度（10mm、15mm）的相变冷板，搭建了机械泵驱动的相变冷板冷却实验系统，对散热功率 0-1000W、热流密度 0-22.2W/cm2的集中热源在制冷能力3000-11000W和不同热源位置时的冷板换热性能、阻力特性、系统阻力特性和泵功耗进行了实验研究。相变冷板换热性能优越，在应对散热量1000W、热流密度22.2W/cm2的集中热源时，冷板的换热系数最高可达26000W/(m2·℃)，在系统总阻力小于20kPa、制冷剂泵功耗小于20W时可以实现模拟热源表面与制冷剂温差小于15℃，可以利用天然冷源进行散热，实现节能；相变冷板的换热特性可以由翅片效率计算式和 Kandlikar 传热关联式进行描述，使用理论公式计算出的冷板温差与实际值偏差小于1℃，可以指导冷板流道设计。 实验发现，流道高度对冷板换热性能有着较大影响，随着冷板流道高度的降低，虽然扩展倍率有所减小，但翅片效率提高，冷却工质在冷板内的流速增大可以获得更大的换热系数，提高冷板散热能力。故设计加工了通道宽0.8mm、高5mm的铜制改进型冷板，在输入热量0-3000W、热流密度0-66.6W/cm2时的传热特性与阻力特性进行了实验研究与分析。改进型冷板的综合换热系数高达30000W/(m2·℃)，重力对冷板的换热几乎没有影响；不同散热工况下存在临界制冷剂流量，制冷剂流量过小时会出现“蒸干”现象，导热热失控；临界制冷剂流量随热流密度的减小而减小，但临界循环倍率增大、临界出口干度减小。 对使用全氟己酮为冷却工质时冷板的换热特性和阻力特性进行了实验研究，虽然全氟己酮的沸点较高、导热系数和汽化潜热较低，在散热量1000W、热流密度22.2W/cm2amp;nbsp;的工况下，热源表面与制冷剂进口温差小于 40℃，模拟热源表面的温度小于 70℃，可以满足一定的散热需求。
关键词
相变冷板/1,1,1,2-四氟乙烷/全氟己酮/换热特性/阻力特性引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
动力工程及工程热物理导师
刘金平学位年度
2023学位授予单位
华南理工大学语种
中文中图分类号
TB