1循环喷雾冷却实验系统设计及喷雾冷却实验研究.pdf

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本学位论文属于保密,在』解密后适用本授权书。西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明Γ喝篖肌ぃ籰日期秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果:也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人签名:本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学:学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑
第一章绪论率电子设备、光电器件以及近年来发展迅速的微瑚电子机械系统、生物芯片等都喷雾冷却技术研究背景喷雾冷却技术随着计算机、通讯、军用、航空航天及民用市场等领域的需求,电子技术得到迅猛的发展。电子器件的封装密度不断地提高,其热流密度不断地增大,电子产品向微型化方向不断发展,功率更大而外形尺寸日益缩小,电子产品已经渗透到各个领域,其应用环境不断扩大,所使用的热环境差异很大。电子产品的这些发展趋势使得电子设备过热的问题越来越突出。电子设备的过热是电子产品失效的主要原因之一,超过%的电子器件的失效是由于温度过高引起的⋯。严重的限制了电子产品性能及可靠性的提高,也降低了设备的工作寿命。研究资料表明,半导体元件的温度升高℃,可靠性降低%。因此电子设备内的温升必须予以控制,而运用良好的散热措施来有效地解决这个问题则是关键。但是随着封装密度的不断提高以及电子产品向微型化发展,传统的冷却装置绶缋洹⑺虽能满足温度控制的需求,但其散热能力远远无法满足未来发展要求1热缂す舛极管阵列、大功率航空航天电子元件等,要求相应冷却系统具备高热流密度的冷却能力/。如何将芯片产生的大量的热量有效的排散掉,并将芯片温度保持在较低水平已成为一个亟待解决的问题。计算机芯片,航空电子设备、功存在类似的广泛而迫切的散热冷却需要】,如何带走芯片级、系统级的电子设备所散发出的热量,成为提高电子设备设计可靠性的一个重要因素。喷雾冷却技术就是一种可应用于上述环境的,具有广阔应用前景的高效散热新技术。研究表明,用水作为冷却工质,在开放条件下,临界热流密度纱痗【。近年来,斟喷雾冷却技术具有很高的换热效果而备受关注。喷雾冷却是将冷却液在外加能量的作用下通过雾化装置饕装置是喷嘴砘7浅O感〉囊旱平均直径量级左右喷射到换热表面,通过雾化液滴的对流和相变换热带走热量以达到冷却的目的。喷雾冷却比冲击射流和池式沸腾有更高的换热系数和临界热流密度有换热系数大、温度均匀性好、过热度小、临界热流密度高和低冷却液流量等特点,是一种非常有效的冷却方式第一章绪论
喷雾冷却换热机理甀号超级计算机的电子芯片冷却中【。喷雾冷却还被应用于其它一些军的对流,从而增强了加热面到液膜表面的传热,使液体蒸发;由于高速液滴冲图给出了几种典型换热方式的换热系数范围【俊S赏伎梢钥吹脚缥砝淙聪比其他换热方式具有极高的换热系数。喷雾冷却技术已经应用在工业界很多年,从一个世纪以前就将喷雾冷却技术应用到了冶金行业,并且从二十世纪六十年代后期开始进行理论研究【刀,目前在电子设备的应用成果范例之一是该技术已经应用于对事和民用消费品行业,包括微波防御系统、高级激光器、功率开关【、金属切削⒔鹗舸慊稹俊射线医疗器械、高热流密度的激光二极管以及娇电子设备【】等,它还被认为是解决未来飞机和飞船中的散热问题的方案之一【。尽管喷雾冷却已经在铸造和金属切割等领域广泛应用,但其具有很高的表面温度过露龋ぬ刑谖露。近年来随着高功率密度电子器件的发展,要求在高热流密度下保持加热而较低的温度水平话阈∮,喷雾冷却技术再次受到广泛的关注,成为一个新的研究热点。喷雾冷却是通过对流换热、液膜表面蒸发、核态沸腾、以及液膜表面的二次核态沸腾进行传热。喷雾冷却具有高换热性的机制在于,旱纬寤髑炕艘禾击液膜表面,液膜中的汽泡无法长大到接近液膜厚度,加热表面核态沸腾产生的循环喷雾冷却实验系统设计及喷雾冷却实验研究图不同换热方式的换热系数
,破碎成很小的汽泡,这增加了微液膜蒸发的净时间,从而大大增大了换热系数;沙寤饕旱未氲恼羝荩莆6魏颂刑冢有助于喷雾冷却的传