專利名稱：復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，適用于高功率電子設(shè)備的冷卻。
背景技術(shù)：
沸騰換熱是現(xiàn)代工業(yè)中常見的換熱過程，尤其常見于高功率電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域。大型電子設(shè)備工作時會散發(fā)大量的熱量，如不能及時散熱，會導(dǎo)致電子設(shè)備部件工作溫度過高而引起故障，進(jìn)而導(dǎo)致電子設(shè)備整體系統(tǒng)癱瘓的嚴(yán)重后果。因此，如何對高功率電子設(shè)備進(jìn)行有效冷卻降溫，防止嚴(yán)重事故發(fā)生，成為現(xiàn)代電子設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域重要研究的課題之
O將高功率電子設(shè)備浸沒于介電流體中，進(jìn)行沸騰換熱冷卻，是降低壁面溫度的有效措施之一。然而，受制于沸騰換熱臨界熱流密度的影響，當(dāng)電子設(shè)備壁面熱流密度超過外壁面介電流體沸騰換熱的臨界熱流密度時，汽膜將覆蓋換熱壁面，熱量無法通過核態(tài)沸騰和對流傳熱的方式傳遞，只能依靠汽膜導(dǎo)熱的方式散熱，從而導(dǎo)致短時間內(nèi)壁面熱量的聚集和溫度的升高，當(dāng)溫度超過壁面安全允許值時，事故便會發(fā)生。因此，如何有效提升壁面臨界熱流密度，是有效進(jìn)行沸騰換熱冷卻的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的強(qiáng)化沸騰換熱、提高臨界熱流密度的方法，主要采用在換熱表面加裝翅片、凸起、凹坑、刻蝕以及添加涂層等措施，使用結(jié)果表明，以上方法可以提高換熱壁面臨界熱流密度，但效果有限，而且工藝復(fù)雜，此外，從提高電子設(shè)備設(shè)計安全裕度的角度考慮，尚不足以滿足高功率電子設(shè)備安全運行的要求，因此，開發(fā)新技術(shù)有效提高臨界熱流密度以滿足電子設(shè)備安全工作的需要就是現(xiàn)代電子工 業(yè)發(fā)展的迫切任務(wù)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能夠強(qiáng)化沸騰換熱、顯著提高需換熱設(shè)備壁面臨界熱流密度的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特別之處在于:包括換熱面和貼在該換熱面上的折流孔板，在該折流孔板外側(cè)還貼有多孔頂板，其中折流孔板的橫截面為三角波狀并且在其上開有若干小孔，而多孔頂板為平板并且在其上開有若干大孔。其中折流孔板和多孔頂板的壁厚為0.5-lmm。其中折流孔板上每兩個相鄰波峰之間的距離在0.lmm-3mm。其中小孔的面積為0.2-0.8mm2,大孔的面積為2_7mm2。其中折流孔板的空隙率在40% -80%，多孔頂板的空隙率在40% -50%。其中大孔為圓形,小孔為圓形、矩形或橢圓形。其中所有小孔之間均通過同一長槽連通。其中大孔基本開在相鄰折流孔板上兩個波峰中間的多孔頂板處，而小孔分布在折流孔板的上升沿和下降沿上。[0014]其中大孔和小孔均采用均勻分布。本實用新型的具有如下有益效果:1、充分利用了槽道內(nèi)液體表面張力的作用，有利于增加換熱表面的潤濕性；2、可以有效破碎換熱表面形成的大汽泡，阻礙在換熱表面形成汽膜；3、內(nèi)外封閉槽道的間隔設(shè)計，有利于形成液體供給和氣體排出的循環(huán)，增加液體沖刷換熱表面的能力；4、頂板的多孔形式設(shè)計，能夠破碎折流板小孔形成的氣柱和氣膜，提高小孔的進(jìn)液量；5、多孔頂板可以構(gòu)成穩(wěn)定的汽化核心，形成穩(wěn)定的噴氣柱，卷吸周邊液體，強(qiáng)化換熱壁面的流動與傳熱；6、頂板與外封閉槽道形成“復(fù)合孔汽化核心”結(jié)構(gòu)，外封閉槽道封閉凹型空間的設(shè)計有利于汽化核心底部的潤濕與供液，降低壁面由于“噴氣柱”出現(xiàn)而導(dǎo)致的局部干斑和溫度過熱；7、在折流孔板與加熱面緊密接觸的情況下，可以在有限空間內(nèi)提聞?chuàng)Q熱面積，增強(qiáng)換熱能力。

附圖1為本實用新型的軸側(cè)圖；附圖2為本實用新型的正面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為圖2的俯視圖；附圖4為本實用新型的局部剖視圖；附圖5為本實用新型的原理示意圖；附圖6為本實用新型的原理示意圖；附圖7為本實用新型中折流孔板(2)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8為本實用 新型中多孔頂板(3)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖9為本實用新型中折流孔板(2)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖10為本實用新型中折流孔板⑵的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖11為本實用新型中折流孔板(2)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1、2、3、7、8所示，本實用新型是一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，包括換熱面I和貼在該換熱面I上的折流孔板2，在該折流孔板2外側(cè)還貼有多孔頂板3，其中折流孔板2的橫截面為三角波狀并且在其上開有若干小孔6，而多孔頂板3為平板并且在其上開有若干大孔7。其中折流孔板2和多孔頂板3的壁厚為0.5-lmm，折流孔板2上每兩個相鄰波峰之間的距離在0.lmm-3mm。小孔6的面積為0.2-0.8mm2，大孔7的面積為2_7mm2，如圖9、10、11所示，其中大孔7為圓形，小孔6為圓形、矩形或橢圓形。另外還可以是在所有小孔6之間均通過同一長
槽連通。大孔7基本開在相鄰折流孔板2上兩個波峰中間的多孔頂板3處，而小孔6分布在折流孔板2的上升沿和下降沿上，而大孔7和小孔6均采用均勻分布。本實用新型的使用方法和工作原理如下:如圖4、5、6所示，本實用新型提出了一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，包括貼在換熱面I上的折流孔板2和貼在折流孔板2上的多孔頂板3。該復(fù)合折流板結(jié)構(gòu)通過折流孔板2連接于高功率電子設(shè)備的換熱外壁的換熱面I上，具體連接方式可以采用焊接、粘貼等方式，也可采用外部支撐結(jié)構(gòu)與高功率電子設(shè)備的外壁貼附。由于折流孔板2的作用，使得其與換熱壁的換熱面I之間構(gòu)成了內(nèi)封閉槽道4，并且與多孔頂板3間構(gòu)成了外封閉槽道5，內(nèi)外封閉槽道5間隔布置的形式。在內(nèi)外封閉槽道5的折流孔板2上連續(xù)均布有若干小孔6，其分布密度為500-700個小孔6/米，在與折流孔板2相連接的多孔頂板3上連續(xù)均布有若干大孔7，其分布密度為100-200個大孔7/米，大孔7在外封閉槽道5上方。一個大孔7可覆蓋多個小孔6，且大孔7沿外封閉槽道5的方向連續(xù)布置，從而使大孔7與小孔6形成了復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，而折流孔板2與多孔頂板3間形成了復(fù)合槽道結(jié)構(gòu)。折流孔板2和多孔頂板3之間的連接采用直接焊接的方式，也可以采用鉚接，螺栓或其它緊固件連接等方式，采用真空釬焊的方式實現(xiàn)連接效果更佳。連接后應(yīng)使多孔頂板3上的大孔7中心與外槽道底部中心線基本上保持一致。折流孔板2上的小孔6可以為圓孔，也可以是其它形式結(jié)構(gòu)的孔，如一種圓形孔，一種橢圓形孔，一種圓形與矩形結(jié)合的孔或一種矩形孔等，還可以是一種圓孔與長槽連通后形成的異型槽，還可以是其它結(jié)構(gòu)形式的孔，只要能實現(xiàn)氣泡排出與進(jìn)液等功能的通孔結(jié)構(gòu)均可。使用時將本實用新型的結(jié)構(gòu)附于電子設(shè)備外壁面(即折流孔板2緊貼換熱面I)，浸沒于介電流體中，內(nèi)外封閉槽道5均充滿介電流體。當(dāng)電子設(shè)備外壁面過熱時，內(nèi)封閉槽道4將產(chǎn)生氣泡，并逐漸變大，充滿整個內(nèi)封閉槽道4空間，此時，在內(nèi)封閉槽道4外壁的小孔6作用下，大氣泡被破碎為小氣泡，并排出內(nèi)封閉槽道4空間，而滯留于內(nèi)封閉槽道4內(nèi)的氣泡由于內(nèi)壓變小，在內(nèi)封閉槽道4空間內(nèi)形成了局部負(fù)壓，并且在微小封閉通道所具有的表面張力的共同作用下，不斷的有液體通過其他小孔6進(jìn)入內(nèi)封閉槽道4，潤濕電子設(shè)備的外壁面，從而有效降低壁面溫度。另外由內(nèi)封閉槽道4排出的小氣泡聚集在外封閉槽道5，此外外封閉槽道5的底部溝槽也會形成汽化核心而產(chǎn) 生氣泡，聚集的小氣泡重新形成較大的氣泡，當(dāng)氣泡體積超過外封閉槽道5空間范圍時，被外封閉槽道5頂部的大孔7破碎成較小的氣泡，排入外部容池中，從而防止了外封閉槽道5形成汽膜阻礙液體通過小孔6進(jìn)入內(nèi)封閉槽道4。破碎后的小氣泡夾帶著液體在大孔7處形成速度較高的噴氣柱，使得其局部靜壓降低，造成噴氣柱底部和外封閉槽道5空間內(nèi)的局部靜壓差。在局部靜壓差的作用下，液體與氣泡經(jīng)過內(nèi)封閉槽道4處的小孔6進(jìn)入外封閉槽道5,進(jìn)而在內(nèi)封閉槽道4內(nèi)形成液體的局部靜壓差，因此，在靜壓差與內(nèi)封閉槽道4液體表面張力的共同作用下，液體經(jīng)過其他小孔6補充到內(nèi)封閉槽道4壁面干斑處、潤濕電子設(shè)備的外壁面，實現(xiàn)降低壁面溫度的目的。需注意的是，與傳統(tǒng)的換熱壁面汽化核心特點不同，該復(fù)合折流孔板2所形成的汽化核心在多孔頂板3處，而不在換熱表面上，即形成了一種遠(yuǎn)離換熱表面的“復(fù)合汽化核心”。借助外封閉槽道5的三面封閉的凹型結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)槽道內(nèi)集液，避免汽化核心點處的局部燒干。將本實用新型的結(jié)構(gòu)覆蓋于整個電子設(shè)備換熱外壁面，浸沒于外溶池內(nèi)的介電流體中，即可實現(xiàn)對電子設(shè)備換熱壁面的充分潤濕，在高功率電子設(shè)備工作，產(chǎn)生高熱量時，破壞壁面汽膜的形成，有效提高壁面的臨界熱流密度。當(dāng)電子設(shè)備外壁面局部熱量過高時，產(chǎn)生的氣泡經(jīng)復(fù)合折流孔板2排出至外溶池中，溶池中的液體從其余未發(fā)生過熱的壁面孔板處進(jìn)入，在表面張力和靜壓力的作用下潤濕沖刷電子設(shè)備外壁面，降低壁面溫度，抑制壁面局部過熱，避免發(fā)生電子設(shè)備癱瘓的事故。為便于加工,折流孔板2和多孔頂板3的板厚推薦0.5-lmm。折流孔板2可采用沖壓成型，多孔頂板3可以采用壓制成型。如圖4、7、8所示，為保證液體在折流孔板2上能夠具有較強(qiáng)的表面張力，折流孔板2底邊間距L不能太大，推薦L值為0.l-3mm。折流孔板2和多孔頂板3上的通孔可采用沖孔、鉆孔、線切割等方式實現(xiàn)，折流孔板2的小孔6當(dāng)量孔徑d控制在0.5-1.0mm,多孔頂板3的大孔7當(dāng)量孔徑D控制在1.5-3.0mm。在保證不在外封閉槽道5內(nèi)形成汽膜的同時，為促進(jìn)小孔6氣體的順利排出，控制大孔7面積相當(dāng)于小孔6面積的6-9倍。同時，為強(qiáng)化沸騰換熱效果，控制折流孔板2的空隙率范圍為40% -80%，多孔頂板3的空隙率在40% -50%。孔板的空隙率定義為，孔板上所有開孔面積總合與孔板整體面積的比率。具體的，本實施例中，d=lmm, D=3mm,折流孔板2處小孔6中心間距為1.2mm,多孔頂板處大孔7中心間 距為4mm。折流孔板2空隙率為40%，多孔頂板3空隙率為45%，L=3mm。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括換熱面(I)和貼在該換熱面(I)上的折流孔板(2)，在該折流孔板(2)外側(cè)還貼有多孔頂板(3)，其中折流孔板(2)的橫截面為三角波狀并且在其上開有若干小孔(6)，而多孔頂板(3)為平板并且在其上開有若干大孔(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中折流孔板(2)和多孔頂板(3)的壁厚為0.5-lmm。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中折流孔板⑵上每兩個相鄰波峰之間的距離在0.lmm-3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中小孔(6)的面積為0.2-0.8mm2,大孔(7)的面積為2_7mm2。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中折流孔板(2)的空隙率在40% -80%，多孔頂板(3)的空隙率在40% -50%。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中大孔(7)為圓形，小孔(6)為圓形、矩形或橢圓形。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中所有小孔(6)之間均通過同一長槽連通。
8.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中大孔(7)基本開在相鄰折流孔板⑵上兩個波峰中間的多孔頂板⑶處，而小孔(6)分布在折流孔板(2)的上升沿和下降沿上。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中大孔(7)和小孔(6)均采用均勻分布。`
專利摘要本實用新型涉及一種復(fù)合折流孔板型沸騰換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，適用于高功率電子設(shè)備的冷卻。其特點是包括換熱面(1)和貼在該換熱面(1)上的折流孔板(2)，在該折流孔板(2)外側(cè)還貼有多孔頂板(3)，其中折流孔板(2)的橫截面為三角波狀并且在其上開有若干小孔(6)，而多孔頂板(3)為平板并且在其上開有若干大孔(7)。本實用新型的具有如下有益效果1、充分利用了槽道內(nèi)液體表面張力的作用，有利于增加換熱表面的潤濕性；2、可以有效破碎換熱表面形成的大汽泡，阻礙在換熱表面形成汽膜；3、內(nèi)外封閉槽道的間隔設(shè)計，有利于形成液體供給和氣體排出的循環(huán)，增加液體沖刷換熱表面的能力。
文檔編號H05K7/20GK203105038SQ201320062040
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者袁紅 申請人:北方民族大學(xué)