本發(fā)明涉及換熱領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用雙密度微通道蒸發(fā)器的分離式熱管系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、換熱器是將冷熱流體進行熱量交換的設(shè)備，也稱熱交換器。換熱器在諸多領(lǐng)域均被廣泛應(yīng)用。在如電子，石化，通信，航空航天等領(lǐng)域由于其工作場景較為特殊，因此對換熱器的尺寸和重量有著特殊要求，且要求其換熱能力更強。1981年有學(xué)者提出利用微通道進行散熱，既可以縮小換熱器的體積又可以利用微通道較高的比表面積大幅提高其換熱能力。然而其雖然換熱能力較強，但由于微通道的水力直徑較小其整體的壓力損失也較高。

2、大量研究發(fā)現(xiàn)，微通道換熱器還存在溫度分配不均勻的問題，1991年又有學(xué)者在其微通道換熱器的基礎(chǔ)上提出了歧管式微通道換熱器，并大幅降低其整體壓力損失。然而大量的研究表明歧管微通道內(nèi)流體分布并不均勻，導(dǎo)致其溫度分布并不均勻。

3、隨著散熱設(shè)備的不斷發(fā)展和普及，其功率密度不斷增加，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量也逐漸增加。有效的散熱已成為確保散熱設(shè)備長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素之一。然而，傳統(tǒng)的散熱技術(shù)在滿足高效散熱和小型化設(shè)備需求上面臨挑戰(zhàn)。

4、目前，大功率散熱設(shè)備廣泛采用兩種散熱方法。其一是依賴風(fēng)扇推動空氣的強迫風(fēng)冷散熱，其設(shè)計簡單、維護容易，如分離式熱管，但存在功耗高、噪音大、需要大面積的散熱器無法靈活改造等問題。其二則是利用泵推動的微通道液冷散熱器，通過微小的通道結(jié)構(gòu)增加熱量與流體接觸面積，在較小空間內(nèi)實現(xiàn)高效散熱，提高散熱效率。然而，傳統(tǒng)微通道散熱技術(shù)存在兩個主要問題：一是由于水力直徑較小而導(dǎo)致的進出口壓降過大，二是微通道內(nèi)部溫度分布不均勻。

5、專利cn117419589a公開了一種多級分離式重力熱管微通道換熱器，涉及熱管換熱器技術(shù)領(lǐng)域，包括固定殼體，固定殼體內(nèi)設(shè)有連接板，連接板將固定殼體的內(nèi)部空間分隔為與外界連通的蒸發(fā)區(qū)和密封的冷凝區(qū)，并可隔絕蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間的熱交換；蒸發(fā)區(qū)內(nèi)設(shè)有多級蒸發(fā)裝置，冷凝區(qū)內(nèi)設(shè)有多級冷凝裝置，多級蒸發(fā)裝置與多級冷凝裝置之間連通有工質(zhì)，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)流通有蒸發(fā)介質(zhì)，蒸發(fā)介質(zhì)與多級蒸發(fā)裝置可將多級蒸發(fā)裝置內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)氣化，冷凝區(qū)流通有冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)與多級冷凝裝置可將多級冷凝裝置內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)液化，形成工質(zhì)在液態(tài)與氣態(tài)之間的循環(huán)切換；該種多級換熱器具有多級蒸發(fā)-冷凝工質(zhì)循環(huán)，板內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)冷凝溫度和壓力逐級減小，具有優(yōu)異的冷卻效果。

6、專利cn117824179a公開了一種多級分離式微通道重力熱管末級耦合制冷系統(tǒng)，包括換熱裝置，換熱裝置包括蒸發(fā)部，蒸發(fā)部一側(cè)設(shè)有熱端風(fēng)機，可將高溫空氣吹向蒸發(fā)部，并可將蒸發(fā)部內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)氣化；換熱裝置還包括冷凝部，冷凝部遠離熱端風(fēng)機一側(cè)設(shè)有冷端風(fēng)機，可將冷卻空氣吹向冷凝部，并可將冷凝部內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)液化；蒸發(fā)部與冷凝部之間連通有上升部、下降部；上升部并聯(lián)有上升增強部，下降部并聯(lián)有下降增強部，上升部與上升增強部之間、下降部與下降增強部之間均設(shè)有切換裝置；在現(xiàn)有的分離式重力熱管換熱器中設(shè)置多級蒸發(fā)器-冷凝器的循環(huán)，并在系統(tǒng)的末級額外設(shè)置制冷系統(tǒng)，使整個裝置能達到更強的冷卻能力，以應(yīng)對數(shù)據(jù)中心突發(fā)所需更大制冷量的情況。

7、但上述專利都集中在提高微通道散熱器性能方面，沒有考慮散熱設(shè)備本身存在的功率分布不均勻現(xiàn)象，通常其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量比其他區(qū)域更為集中，中間區(qū)域熱量散發(fā)不足可能導(dǎo)致設(shè)備過熱，甚至損壞，四周過量散熱會導(dǎo)致能量浪費，因此需要采取有效的散熱措施來平衡這種功率不均勻的情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用雙密度微通道歧管蒸發(fā)器的分離式熱管系統(tǒng)可以實現(xiàn)對不同區(qū)域熱量分配，其中雙密度微通道歧管蒸發(fā)器可以有效降低微通道熱沉壁面溫差，應(yīng)對散熱設(shè)備的不均勻散熱需求，改善設(shè)備內(nèi)部溫度分布。同時，該散熱器又可以兼具歧管結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，強化對流擾動，優(yōu)化流體的流動路徑，降低流體在進出口的壓降

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種雙密度微通道蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器包括位于上部的外殼和位于下部的換熱微通道層，所述外殼包括位于上部面的流體進口和位于下部面的流體入口歧管，所述流體入口歧管與流體進口連通；換熱微通道層包括位于上部面的高密度微通道和低密度微通道，所述低密度微通道位于高密度微通道的兩側(cè)，所述外殼分為兩部分，分別是中間外殼和兩側(cè)外殼，中間外殼覆蓋到在高密度微通道層上部，且中間外殼將高密度微通道層包裹起來，兩側(cè)外殼覆蓋在低密度微通道上部，將低密度微通道層包裹起來；所述流體進口設(shè)置在中間外殼的中間位置，流體出口位于兩側(cè)外殼的中間位置；流體出口與低密度微通道相連。

4、作為改進，中間外殼的和兩側(cè)外殼分體制造；其中兩側(cè)外殼的每個上都設(shè)置一個流體出口。

5、作為改進，低密度微通道散熱區(qū)的翅片的平均高度高于高密度微通道散熱區(qū)翅片的平均高度。

6、作為改進，高密度微通道散熱區(qū)翅片是向低密度微通道散熱區(qū)傾斜設(shè)置，從散熱區(qū)的中心向低密度微通道散熱區(qū)的翅片方向，高密度微通道散熱區(qū)翅片高度逐漸增加，在與低密度微通道散熱區(qū)連接的區(qū)域，高密度微通道散熱區(qū)翅片高度與低密度微通道散熱區(qū)翅片高度相同。

7、作為改進，外殼包括位于相對的兩端的封閉壁，所述相對的兩個封閉壁之間形成流體出口。

8、作為改進，換熱微通道層采用分段微通道設(shè)計，高密度微通道和兩側(cè)低密度微通道均采用直矩形翅片流道，其中兩側(cè)低密度微通道結(jié)構(gòu)完全相等。

9、作為改進，從散熱區(qū)的中心向低密度微通道散熱區(qū)的翅片方向，高密度微通道散熱區(qū)翅片高度增加的幅度逐漸降低。

10、作為改進，考慮散熱器內(nèi)部翅片的傳熱效率，求解修正后實際流體流經(jīng)散熱器微通道時的對流換熱面積，擬合公式如下：

11、??????(1.1)

12、???????????????(1.2)

13、其中，為實際流體與散熱器微通道壁面的接觸面積，包括微通道底面積以及翅片兩邊側(cè)面積，；為翅片效率，即翅片實際傳熱與理想傳熱的比值；為通道長度，；為通道寬度，；為通道高度，；為翅片寬度，；為翅片數(shù)量，個；為流體與散熱器表面間的對流換熱系數(shù)，；為翅片導(dǎo)熱系數(shù)，。

14、一種重力型分離式熱管系統(tǒng)，包括導(dǎo)流片式散熱器、雙密度微通道歧管蒸發(fā)器、蒸汽上升管和冷凝液下降管，系統(tǒng)中充注一定體積制冷劑；導(dǎo)流片式散熱器負責(zé)將進入其中的氣態(tài)工質(zhì)冷卻，雙密度微通道歧管蒸發(fā)器利用液態(tài)工質(zhì)將冷卻目標(biāo)產(chǎn)生的熱量吸收，蒸汽上升管和冷凝液回流管將翅片式散熱器和雙密度微通道歧管蒸發(fā)器連接并形成循環(huán)回路。所述微通道層下部熱連接主發(fā)熱部件。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

16、（1）本發(fā)明蒸發(fā)器通過設(shè)置外殼和不同密度通道，還可以改善浸沒冷卻無法解決局部熱點、容易導(dǎo)致發(fā)熱部件過熱的問題，同時也能解決浸沒式結(jié)構(gòu)復(fù)雜占地面積大的問題。

17、（2）本發(fā)明充分考慮了散熱設(shè)備散熱的特殊需求，采用雙密度微通道的設(shè)計。在高密度微通道區(qū)域增加換熱表面積，增強與流體的熱量交換，提高熱量傳遞效率。然而，過多的高密度微通道導(dǎo)致散熱器中流體流動阻力大。通過設(shè)置低密度翅片，不僅能夠維持高散熱性能的同時，還能減緩流體在微通道區(qū)的流動阻力，這一設(shè)計優(yōu)化了散熱效果，同時提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

18、（3）因為高密度區(qū)域是進行強制對流，換熱量大，通過設(shè)置向低密度區(qū)域翅片方向上傾斜，使得低密度區(qū)域的翅片中的流體能夠快速流出的同時，同時沖刷低密度區(qū)域翅片的上部，使得低密度區(qū)域翅片上部也能進行強化傳熱，提高了低密度區(qū)域翅片上部換熱效果。通過上述設(shè)置，既可以減小翅片的數(shù)量分布，節(jié)省成本，又可以提高換熱效果。

19、（4）本發(fā)明采用分離式熱管的形式構(gòu)建直接與散熱部件接觸的散熱系統(tǒng)，針對服務(wù)器中功耗最大，對性能影響最關(guān)鍵的散熱部件實現(xiàn)了間接式液冷的相變散熱，有效控制了散熱部件溫度。同時具有分離式熱管靈活簡便、可長距離布置的特點，改造簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，并能針對服務(wù)器具體需求采用硬接或軟接形式，適配性極強。