气液两相流冷板及冷却方法与流程

本发明涉及高功率电子器件冷却，尤其是涉及一种气液两相流冷板及冷却装置。

背景技术：

1、随着微纳米尺度技术的发展，电子元件的尺寸越来越小，集成化程度越来越高，芯片的热流密度急剧增大，高集成度芯片的最高热通量能达到100w/cm2,对芯片的热管理提出了更高的需求。已经有研究表明，芯片温度每上升10℃，可靠性降低25％，且寿命伴随高温运行时长而缩短；电容器超过规定温度每增加10度，使用寿命缩短50％。因此亟需发展高热流密度电子芯片冷却技术。

2、现有技术中，通常使用微通道蒸发器进行散热，其具有结构紧凑、比表面积大、换热系数高的优点，且微通道蒸发器内工质从液态转变为气态时吸收大量的潜热，具有较高的传热速率。微通道内的液相蒸发为气相，从而进行蒸发吸热，实现冷却的目的。

3、本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：微通道中气液两相流由于存在较大的气液两相密度差，容易形成气液分离流动，流动截面上气液相分布的不均匀将导致较大的换热差异，且气液两相易回流至流体入口，上述均影响换热效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供气液两相流冷板及冷却装置，以解决现有技术中存在的换热通道中气液两相流分布不均，容易回流，导致换热效果差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的气液两相流冷板，包括板体，所述板体内形成有入口混合腔和换热微通道，其中：

4、所述入口混合腔连通所有所述换热微通道的入口，所述入口混合腔内设置有微柱体，所述微柱体的数量为多个，且所述微柱体沿流体流动方向间隔布置，用于将所述入口混合腔内的气液两相混合流体中的气泡破碎，且能阻挡混合流体回流。

5、优选的，所述微柱体的横截面为锥状结构，所述锥状结构的尖端朝向所述入口混合腔的入口设置。

6、优选的，所述微柱体的特征尺寸、相邻微柱体之间的间距均为微米到毫米量级。

7、优选的，所述入口混合腔的横截面为锥形腔，所述锥形腔的宽端与所述换热微通道相连通，所述微柱体沿流体的流动方向间隔布置有多列，且每列所述微柱体的数量沿流体的流动方向逐渐增加。

8、优选的，所述板体内还设置有出口集气腔，所述出口集气腔与所有所述换热微通道的出口相连通。

9、优选的，所述板体包括基板和盖板，所述基板上设置有入口锥形槽、流通凹槽和出口锥形槽，相邻流通凹槽之间通过肋板分隔，所述入口锥形槽、所述出口锥形槽分别连通于所述流通凹槽的入口端、出口端，所述盖板盖合所述基板上，从而将所述入口锥形槽、所述流通凹槽和所述出口锥形槽封闭，进而分别形成所述入口混合腔、所述换热微通道和所述出口集气腔。

10、优选的，所述盖板上设置有贯穿所述盖板的流体入口和流体出口，所述流体入口与所述入口混合腔相连通，所述流体出口与所述出口集气腔相连通。

11、优选的，所述换热微通道的直径为微米到毫米量级。

12、本发明还提供了一种冷却方法，使用上述气液两相流冷板，该方法包括：

13、将饱和态的气液两相流体通入所述气液两相流冷板，饱和态的气液两相流体依次通过入口混合腔、换热微通道，其中，入口混合腔内的微柱体将气液两相混合流体中的气泡破碎，气液两相流体均匀分配至多条换热微通道中，从而对待散热工件进行冷却。

14、本发明提供的气液两相流冷板及冷却方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：微柱体在入口混合腔中沿流体流动方向间隔布置，对于即将流入下游换热微通道的气液两相流来说具有止回和节流效应，能够抑制高热流条件下换热微通道内气液两相快速相变膨胀产生的脉动回流效应，且能够将气液两相中的大气泡割裂破碎为小气泡，促使破碎的微小气泡与液相流体均匀混合，并均匀分配至下游的换热微通道内，实现均匀稳定的气液两相流传热，提高了换热效果。

15、该冷却方法，使平衡饱和态的气液两相流体进入气液两相流冷板，不再需要较大的热流来触发沸腾起始，可消除沸腾启动时的温度过冲。

技术特征：

1.一种气液两相流冷板，其特征在于，包括板体，所述板体内形成有入口混合腔和换热微通道，其中：

2.根据权利要求1所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述微柱体的横截面为锥状结构，所述锥状结构的尖端朝向所述入口混合腔的入口设置。

3.根据权利要求1所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述微柱体的特征尺寸、相邻微柱体之间的间距均为微米到毫米量级。

4.根据权利要求1所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述入口混合腔的横截面为锥形腔，所述锥形腔的宽端与所述换热微通道相连通，所述微柱体沿流体的流动方向间隔布置有多列，且每列所述微柱体的数量沿流体的流动方向逐渐增加。

5.根据权利要求1所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述板体内还设置有出口集气腔，所述出口集气腔与所有所述换热微通道的出口相连通。

6.根据权利要求5所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述板体包括基板和盖板，所述基板上设置有入口锥形槽、流通凹槽和出口锥形槽，相邻流通凹槽之间通过肋板分隔，所述入口锥形槽、所述出口锥形槽分别连通于所述流通凹槽的入口端、出口端，所述盖板盖合所述基板上，从而将所述入口锥形槽、所述流通凹槽和所述出口锥形槽封闭，进而分别形成所述入口混合腔、所述换热微通道和所述出口集气腔。

7.根据权利要求6所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述盖板上设置有贯穿所述盖板的流体入口和流体出口，所述流体入口与所述入口混合腔相连通，所述流体出口与所述出口集气腔相连通。

8.根据权利要求1所述的气液两相流冷板，其特征在于，所述换热微通道的直径为微米到毫米量级。

9.一种冷却方法，其特征在于，使用要求1-8任一项所述的气液两相流冷板，该方法包括：

技术总结本发明提供了一种气液两相流冷板及冷却方法，涉及高功率电子器件冷却领域，解决了换热通道中气液两相流分布不均，容易回流，导致换热效果差的问题。该气液两相流冷板包括板体，板体内形成有入口混合腔和换热微通道，入口混合腔连通所有换热微通道的入口，入口混合腔内设置有微柱体，微柱体的数量为多个，且微柱体沿流体流动方向间隔布置，用于将入口混合腔内的气液两相混合流体中的气泡破碎，且能阻挡混合流体回流。微柱体能够抑制高热流条件下换热微通道内气液两相快速相变膨胀产生的脉动回流效应，且能够将气液两相中的大气泡割裂破碎为小气泡，促使破碎的微小气泡与液相流体均匀混合，并均匀分配至下游的换热微通道内，提高了换热效果。技术研发人员：李振,曲玉珊,杨斌,彭勇,王楠,周喜超,吴思帆,张卫卫受保护的技术使用者：国网综合能源服务集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29