發(fā)布時間：2020-11-10 13:29

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的進步,單位面積集成的電子元件個數(shù)不斷增加,造成電子設(shè)備單位面積的熱流密度大幅提升,而設(shè)備的性能和壽命與散熱能力密切相關(guān),如何快速有效地將電子元器件產(chǎn)生的熱量及時帶走是一項重要且艱巨的任務(wù)。相變過程中由于流體從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時吸收大量的汽化潛熱,可以實現(xiàn)有效散熱,因而,基于微通道中流動沸騰換熱的冷卻技術(shù)在微電子設(shè)備散熱領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的普通型微通道中,在肋壁的限制作用下,氣泡迅速長大充滿整個通道截面后只能沿著微通道長度方向伸長,氣泡對通道的堵塞效應(yīng)以及并連通道相變過程的不同步,使得并連通道之間存在壓差,造成并聯(lián)微通道之間的流體分布不均及流量、溫度等大幅脈動,引起較大的熱應(yīng)力,導(dǎo)致芯片熱疲勞損毀。針對普通微通道中相變傳熱不穩(wěn)定導(dǎo)致傳熱惡化問題,本文設(shè)計并加工了一種新型的頂部連通型微通道相變冷卻器,通過在并連通道上方設(shè)置連通腔實現(xiàn)通道間的壓力平衡,從而改善傳熱性能。對比研究了該新型微通道相變冷卻器與普通微通道相變冷卻器的換熱性能,探索了微通道結(jié)構(gòu)及放置方向?qū)α鲃臃序v過程中流型及換熱特性的影響。為進一步提高沸騰換熱系數(shù)和臨界熱流密度,在新型頂部連通型微通道相變換熱器表面制備了納米Ag/Ni復(fù)合結(jié)構(gòu),通過實驗獲取了微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)對沸騰換熱和流型的影響。實驗發(fā)現(xiàn)了普通型及頂部連通型微通道相變冷卻器均存在核態(tài)沸騰和薄液膜蒸發(fā)兩種傳熱機理,頂部連通型微通道對核態(tài)沸騰和薄液膜蒸發(fā)換熱模式均有強化作用,使得換熱系數(shù)顯著提高。計算表明,在豎直放置條件和水平放置條件下,頂部連通型微通道與普通微通道相比,其平均換熱系數(shù)分別最大提高了 136%和32%。本實驗還研究了通道放置方向?qū)α鲃臃序v換熱特性的影響,發(fā)現(xiàn)通道放置方向?qū)ζ胀ㄎ⑼ǖ篮晚敳窟B通型微通道的影響特性截然相反,即對于普通微通道,水平放置條件下的平均換熱系數(shù)hhn大于豎直放置的平均換熱系數(shù)hvn,當工質(zhì)質(zhì)量流量G=0.95g/s,沸騰數(shù)Bo=0.0028時,平均換熱系數(shù)hhm與hvn之比達到最大值1.34;對于頂部連通型微通道,豎直放置條件的平均換熱系數(shù)hvo大于水平放置的平均換熱系數(shù)hho,當工質(zhì)質(zhì)量流量G=0.54g/s,沸騰數(shù)Bo=0.0019時,其平均換熱系數(shù)hvo與hho之比達到最大值1.53。通過在頂部連通型微通道電刷鍍Ag/Ni微納復(fù)合結(jié)構(gòu),研究了微結(jié)構(gòu)對頂部連通型微通道內(nèi)沸騰換熱的影響。發(fā)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)在微通道不同方向放置條件下均能夠顯著強化傳熱,在豎直放置及水平放置條件下,電刷鍍有Ag/Ni微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的頂部連通型微通道換熱系數(shù)分別較普通的頂部連通型微通道換熱系數(shù)高出228%和404%。針對放置方向的影響,研究發(fā)現(xiàn)對于具有Ag/Ni微納復(fù)合結(jié)構(gòu)頂部連通型微通道換熱器的平均換熱系數(shù)在水平放置條件下顯著高于豎直放置,最大提高了 97%。通過在頂部連通型微通道表面電刷鍍微納復(fù)合結(jié)構(gòu),臨界熱流密度CHF獲得顯著提升,當工質(zhì)質(zhì)量流量G=0.54g/s時,微納復(fù)合結(jié)構(gòu)使得表面臨界熱流密度CHF最大提升了 33%。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

熱力法（噴涂、燒結(jié)）以及機械加工法（微針肋、滾花）［ＩＨ８１。??Ｙａｎ等ｔｌ９＠使用燒結(jié)銅顆粒的方法將粒徑分別為２０師、５０，、１２０ｐｍ的銅顆??粒燒結(jié)到銅質(zhì)微通道表面，分別記作Ｐ２０、Ｐ５０、Ｐ１２０，如圖１－１所示，實驗工質(zhì)為??ＦＣ－７２，。實驗結(jié)果表明燒結(jié)有銅顆粒的三種表面與裸銅表面相比，換熱系數(shù)均有增??力丨Ｊ，其中Ｐ５０表面換熱系數(shù)增加率最大，為６９２％，Ｐ１２０與Ｐ２０表面換熱系數(shù)增加??率分別為５９６％和４２４％。??ＥＨＴ?＝?ＩＣ．ＯＤ＾?Ｓｋｊｒｖ？ｌ?Ａ?－?ＳＥ＇?）ＯＣ？ｃ?２０１０?１??Ｗ０：ｉ２．Ｃｍｎ?斷〇?１．Ｃ０ＫＸ?Ｔ？ｎｏ?：？＞４？；５７?ｐ｜｜＾｜?｜??圖１－１?Ｐ２０表面ＳＥＭ照片??八太．＾＼１等［２１］使用去離子水作工質(zhì)，在銅質(zhì)微通道表面制作銅納米線涂層，研??究流動沸騰換熱過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在工質(zhì)入口溫度為２２°Ｃ，質(zhì)量流速分別為４５．９?ｋｇ?／??ｍ２ｓ和１４３．８?ｋｇ／ｎｆ?ｓ的條件下，涂層表面相較于裸銅表面換熱系數(shù)分別提高了?１６％??和１８％。在工質(zhì)的質(zhì)量流速為固定值２５１?ｋｇ／ｍ２?ｓ，工質(zhì)入口溫度分別為４０°Ｃ和８０°Ｃ??的條件下，涂層表面相較于裸銅表面的換熱系數(shù)提高了?２３％和５６％。??Ｃ．Ｓ．Ｓｕｊｉｔｈ等１２２１在銅質(zhì)微通道表面分別制作碳納米管涂層和金剛石涂層

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文??組表面進行噴砂處理，如圖１－２所示，實驗工質(zhì)為去離子水。實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管涂??層表面換熱系數(shù)與另外兩組表面相比換熱系數(shù)顯著提升，尤其是在工質(zhì)質(zhì)量流速為??２８３ｋｇ／ｎｆ?ｓ的實驗條件下，碳納米管涂層表面相較于噴砂處理的表面換熱系數(shù)最大??提高了?３０．８６％，并且換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加而增大。當工質(zhì)質(zhì)量流速大于??２８３ｋｇ／ｍ２?ｓ時，碳納米管涂層表面的換熱系數(shù)增加率隨著質(zhì)量流速的增加而降低。??■Ｈ??圖１－２噴砂銅表面、金剛石涂層銅表而、碳納米管涂層銅表面ＳＥＭ照ＪＶ??丫〇８＾１！等［２３１制作了三種不同形狀結(jié)構(gòu)的微通道，分別為：均勻橫截面結(jié)構(gòu)、漸??擴型橫截面結(jié)構(gòu)、分段肋片型橫截面結(jié)構(gòu)，如圖１－３所示，使用去離子水作實驗工??質(zhì)，研究不同結(jié)構(gòu)微通道內(nèi)流動沸騰過程。結(jié)采發(fā)現(xiàn)當工質(zhì)質(zhì)量流速分別為：１３０?ｋｇ??／ｎｆｓ、１９４．７?ｋｇ／ｍ２ｓ、２６０?ｋｇ／ｍ２ｓ和３２４．５?ｋｇ／ｍ３ｓ的條件丨、＇

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文??組表面進行噴砂處理，如圖１－２所示，實驗工質(zhì)為去離子水。實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管涂??層表面換熱系數(shù)與另外兩組表面相比換熱系數(shù)顯著提升，尤其是在工質(zhì)質(zhì)量流速為??２８３ｋｇ／ｎｆ?ｓ的實驗條件下，碳納米管涂層表面相較于噴砂處理的表面換熱系數(shù)最大??提高了?３０．８６％，并且換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加而增大。當工質(zhì)質(zhì)量流速大于??２８３ｋｇ／ｍ２?ｓ時，碳納米管涂層表面的換熱系數(shù)增加率隨著質(zhì)量流速的增加而降低。??■Ｈ??圖１－２噴砂銅表面、金剛石涂層銅表而、碳納米管涂層銅表面ＳＥＭ照ＪＶ??丫〇８＾１！等［２３１制作了三種不同形狀結(jié)構(gòu)的微通道，分別為：均勻橫截面結(jié)構(gòu)、漸??擴型橫截面結(jié)構(gòu)、分段肋片型橫截面結(jié)構(gòu)，如圖１－３所示，使用去離子水作實驗工??質(zhì)，研究不同結(jié)構(gòu)微通道內(nèi)流動沸騰過程。結(jié)采發(fā)現(xiàn)當工質(zhì)質(zhì)量流速分別為：１３０?ｋｇ??／ｎｆｓ、１９４．７?ｋｇ／ｍ２ｓ、２６０?ｋｇ／ｍ２ｓ和３２４．５?ｋｇ／ｍ３ｓ的條件丨、＇
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 南輝;賀曄紅;王鴻靈;劉亮;閻逢元;;環(huán)氧粘合劑粘接聚四氟乙烯板/不銹鋼的耐溫性研究[J];工程塑料應(yīng)用;2013年03期

2 雷武;;聚四氟乙烯塑料在防腐工程中的應(yīng)用[J];化工之友;1995年04期

本文編號：2877985