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类型冷却液汽化量对射流冷却系统散热性能的影响分析.pdf

  • 上传人:xiang2257149
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    关 键  词:
    冷却液 汽化 射流 冷却系统 散热 性能 影响 分析
    资源描述:
    机械工程师
    冷却液汽化量对射流冷却系统散熱性能的影响分析
    董进喜,赵航,杨明明
    (中航工业西安航空计算技术研究所,西安710119)
    摘要:射流冷却的换热是包含瀣迫?流、核态沸陽蒸发散热等多种换热形式共同作用的结果,冷却液流量的过多或过
    都会影响到躬流冷却授术的热性能。文中基十射流冷却技术的柑换热机理和換热理论分析模:対换热过程中令液
    的汽化量法行分析,用汽化暈和芯片表面満度的关系变化曲线来作为评佔射流冷却系绽散热性能变化的依据。通过对射沆
    冷却换热过程中汽化量进测试计算表明:左射流冷系统内冷却液汽化质量比达到47%左右时,芯片表面湿度最低,射流
    冷却系统换热性能最佳。道过该研究分析工作,为射流冷技术在工程应用中沇鐘控制和散热优化提供术基出。
    关键字:射流冷:蒸发热;汽亿量:敦热性能
    中图分类号:TB6
    文献标志码:A
    文章编号:1002-2333(2017)09-0125-02
    0引言
    热流密度的澘力越大。但如果冷却液未能及时蒸发,未能
    在现代电子设备的高度集成化和高性能发展背景充分利用其素发潜热,g2减小,射流冷却的换热量也会诚
    下,射流冷却技术因其具有超高的散热能力而备受关注。小。另外,针对冷却液在散热表面形成液膜厚度,可采用
    除了在高性能计算机、医疗设备、金属切削中应用外,述下面公式进行什算
    被认为是解决未来机载电子设备散热问趑的有效方案
    射流冷却技术的散热过程主要依靠强迫对流、核态
    b=c--
    沸腾和蒸发散热这二种换热方式共同作用的结果。当电
    子设备内散热芯片表面温度不高时,冷却液在散热表面
    形成的液膜与散热表面直接接触,强迫对流换热是主要
    换热方式。随着散热芯片温度的升高,蒸发散热方式所片式中,4么为汽化速率。
    的比重越来越重要。冷却液形成的液膜出现沸騰现象,此
    由上述关系式可知,液膜的厚度与汽化速率的二次
    时换热机理较为复杂,可认为三种换热方式同时作用。随方成反比。因此,汽化量减少时,会使得液膜增厚而阻碍
    着散热芯片温度的继续增加,将达到射流泠却的最高表射流冷却技术的换热效率。
    面热流密度,即C.HF?
    2射流冷却技术中汽化量的测试分析
    从射流冷却技术的换热机理可知,冷却液的流量与
    为了进一步分析射流冷却技术中汽化量与换热性能
    射流冷却的换热效率不是简单的比例关系。由于冷却液的关系,搭建试验测试平台对射流冷却系统换热过程中
    具有较高的蒸发潜热,为了充分发挥射流冷却的换热效的汽化量进行研究分析。由上述射流冷却技术的换热机
    率,要在充分降低散热芯片表面温度的同时,提高冷却液理及理论分析可知,通过測冷却液的总流量和人口冷却
    的蒸发换热比重,即汽化量。因此本文从射流冷却技术的液温度T及出口温度72可以问接得到汽化量Q-为
    换热理论出发,建立射流冷却技术的汽化量分析方法,进
    g-Q(T2-7)
    而搭建测试平台对射流冷却系统中的汽化量进行测试分
    渃熟

    根据上面的计算公式,搭建射流冷却测试平台方案
    1射流冷却技术的换热理论分析
    如图1所示
    从射流冷却技术的换热机理可知,射流冷却技术的
    换热主要通过冷却介质的温升及蒸发潜热来将热量带
    压力表
    走,因此,可用下面关系式进行计算:
    phab(A、-A,)=q1;
    温度
    式中:A为需被冷却表面的面积;A,为蒸汽覆盖面积;b为
    传感
    液膜厚度;h,为汽化潜热;q为温升换热量;g2为蒸发换
    却液回收
    直流电源
    热量;Q为冷却液流量
    由上式分析可知,冷却液流量越大,系统能满足更大
    图1射流冷却试验平台方案示意图
    网址:Www」xgcs.com电B邮:reengineer(②163.com2017年第9期
    万方数据
    机槭工程师
    射流冷却测试平台采用隔膜泵(BP-125)作为工作压
    力泵,其额定工作压力为0.8MPa,领定流量大小为1L/min,
    满足流量调节范闱要求;采用质量流量计,测量范围为0
    5.56gs,精度为0.01gk,满足系统流量的测量精度要求,
    冷却液介质为3M氟素化合物FC-72,散热芯片总功耗为
    120W,热流密度达到30Wem2。具体测试实验平台如图2
    P赵三士玲圣

    汽化百分比/%
    图3汽化百分比与芯片表面温度的关系曲线
    化量较低时射流冷却中的蒸发换热不足,芯片表面温度
    也升高。测试数据表明,射流冷却系统内冷却液汽化质量
    比达到47%左右时,芯片表面温度最低,射流冷却系统换
    热性能最佳。
    3结语
    本文从射流冷却技术的换热机理及理论分析出发,
    对射流冷却换热过程中的汽化量对其换热性能的影响进
    图2射流冷却測试平台
    行研究分析。并通过搭建射流冷却系统的汽化量测试台
    对射流冷却技术的换热性能迸行研究,测试数据表明,当
    在不同供液流量测量记录芯片表面温度、冷却液人
    门总流量、人口温度和冷却液出门温度等物理参数,进而
    射流冷却系统内冷却液汽化质量比达到47%左右时,芯
    片表面温度最低,射流冷却系统换热性能最佳。该硏究分
    研究芯片表面温度和冷却液汽化量的变化。测试结果及析丁作对射流泠却技术在电子设备中的工程化应用具有
    分析所得数据如表1。
    一定的技术指导意义。
    表1射流冷却技术芯片表面温度及汽化量分析表
    「参考文献
    杨明明,董进喜.白振、等,入口厍力对射流雾化冷却性能影响
    供液流量
    芯片表面
    冷却液入冷却液出汽化量/汽化百分
    的研究肌科技创业家,2013(24:149-151
    测试温
    口温度C口温度g"sり比%(? STUART C.. Enhancement of Spray Cooling Hleat ' Trausfer
    using Extended Surfares and Nanofluids[D]. Park: University of
    79.7
    Maryland, 2007
    1.465
    3 PAUTSCH A G. Heat Transfer and Film Thicki
    76.6
    48,6
    0.96
    66.88
    Characteristics of Spray Cooling with Phase Change [J]
    .771
    73.2
    31,2
    47.7
    0.933
    5265
    Lniversity of Wisconsin-madison, 2004
    数来汽化百分比与片表面天会一1ロmma
    1.935
    2.080
    73.1
    32.7
    48,2
    0.909
    43.65
    (编辑浩然)
    曲线,如图3所示。
    从图3曲线的趋势可知,冷却液汽化量较高付射流冷作者简介:董进喜(1985-),男,士,工程师,从事电子设各的散热
    设计领城研究工作。
    却中的强追对流换热较弱,芯片表面温度升高,冷却液汽妆日期,2016-12-13
    (上接第124页
    搬运作业的工效学分析J]人类T效学2006.12(4
    assembly J]. CIRP Annals-manufacturing Technology, 2013,
    陈静,杨磊.手工
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