[發(fā)明專利]一種液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)檢測裝置

有效

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• 申請日: 2016-08-01
• 公開（公告）號: CN107677698B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振明;劉偉;趙勇青
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)檢測裝置，包括：由對流換熱器(2)、換熱器(3)、蠕動泵(5)和凈化器(6)依次連接組成的液態(tài)金屬循環(huán)回路；所述對流換熱器(2)相互對立的兩面分別與熱源(1)和真空腔均熱器(14)貼合；所述熱源(1)設(shè)有溫度采集模塊(7)和功率計(8)；所述凈化器(6)中的凈化劑包括液態(tài)金屬(11)、偏硅酸溶液(12)和植物油(13)；該發(fā)明采用蠕動泵(5)來驅(qū)動液態(tài)金屬；所述蠕動泵(5)采用非接觸式的驅(qū)動方式，有效解決了液態(tài)金屬對傳統(tǒng)泵葉輪的腐蝕問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱力交換技術(shù)，具體涉及一種液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)檢測裝置。

背景技術(shù)

液態(tài)金屬是由一種或多種低熔點金屬組成的具有獨特熱物理性質(zhì)的合金。液態(tài)金屬不僅能在高性能服務(wù)器、臺式機、工控機、筆記本電腦以及通訊基站的芯片熱管理中獲得廣泛應(yīng)用，而且還將在諸多關(guān)鍵領(lǐng)域扮演不可或缺的角色，如：先進能源領(lǐng)域(工業(yè)余熱利用、太陽能熱發(fā)電、聚焦光電池冷卻、燃料電池等)、航空熱控領(lǐng)域(衛(wèi)星、熱防護)、光電器件領(lǐng)域(如投影儀、功率電子設(shè)備等)、LED照明領(lǐng)域以及近年來發(fā)展迅速的微/納電子機械系統(tǒng)、生物芯片以及電動汽車等。

液態(tài)金屬散熱技術(shù)是近年來熱管理領(lǐng)域取得的突破性創(chuàng)新成果。由于液體金屬具有遠高于水、空氣及許多非金屬介質(zhì)的熱導率(為水的數(shù)十倍，空氣的數(shù)千倍)，采用液態(tài)金屬的散熱器相對傳統(tǒng)水冷可實現(xiàn)更加高效的熱量輸運及極限散熱能力。同時，金屬的高電導特性使其可采用無任何運動部件的電磁泵驅(qū)動。因此，驅(qū)動效率更高，能耗更低，且無噪音。除此之外，液態(tài)金屬不易蒸發(fā)，不易泄漏，安全無毒，物化性質(zhì)穩(wěn)定，極易回收，是一種非常安全合適的流動工質(zhì)，可保證散熱系統(tǒng)的高效，長期，穩(wěn)定運行。

總體而言，液態(tài)金屬最大的優(yōu)勢在于其對流換熱系數(shù)遠高于傳統(tǒng)冷卻介質(zhì)。但是，液態(tài)金屬的對流換熱系數(shù)的檢測卻是一個難點，傳統(tǒng)的水冷對流換熱系數(shù)測試平臺并不適用。因為：(1)因為液態(tài)金屬的對葉輪存在嚴重的腐蝕問題，傳統(tǒng)的渦輪泵不能用于驅(qū)動液態(tài)金屬；(2)液態(tài)金屬氧化問題。液態(tài)金屬與空氣接觸后會形成氧化層會嚴重影響液態(tài)金屬的流動特性和傳熱特性，導致極大的測試誤差；(3)對流換熱板溫度的檢測精確度問題，液態(tài)金屬換熱系數(shù)高，會導致對流換熱板沿流程方向呈現(xiàn)較大的溫度不均勻度。因為對流換熱板的溫度檢測為多點測試取平均值的方法，因此對流換熱板本身溫度不均勻會導致對流換熱板溫度的檢測誤差大，嚴重影響實驗測試精度。

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)檢測裝置；該裝置有效解決了液態(tài)金屬非接觸式驅(qū)動問題、液態(tài)金屬氧化問題，以及對流換熱板溫度測試精確度問題，可以準確高效測試液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

因為液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)遠高于傳統(tǒng)介質(zhì)，因此對流換熱板內(nèi)沿液態(tài)金屬流程的溫度不均勻度非常顯著。而對流換熱器的溫度不均勻度會導致多點測試取平均值得到的對流換熱板溫度數(shù)據(jù)誤差很大，該誤差會嚴重影響到測試計算出的對流換熱系數(shù)的準確度。為解決此問題，如果只采用真空腔均熱板，會因為接觸熱阻過大導致對流換熱器和真空腔均熱器換熱困難，難以解決對流換熱板均熱問題，測量誤差非常大；若只采用低熔點鎵銦錫合金熱界面材料，仍然是難以實現(xiàn)優(yōu)異的對流換熱板均熱效果。因此，本發(fā)明提出了真空腔均熱器與低熔點鎵銦錫合金熱界面材料結(jié)合的結(jié)構(gòu)，保證了對流換熱板溫度均勻度并提高了對流換熱系數(shù)測試結(jié)果的準確度。

本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬對流換熱系數(shù)檢測裝置，包括：由對流換熱器(2)、換熱器(3)、蠕動泵(5)和凈化器(6)依次連接組成的液態(tài)金屬循環(huán)回路；所述對流換熱器(2)相互對立的兩面分別與熱源(1)和真空腔均熱器(14)貼合。

所述熱源(1)設(shè)有溫度采集模塊(7)和功率計(8)；所述溫度采集模塊(7)采集測試裝置中的溫度數(shù)據(jù)，所述功率計(8)記錄熱源(1)輸出的發(fā)熱功率。

所述熱源(1)為電加熱熱源；所述功率計(8)與電源(9)連接，電源(9)為熱源(1)提供輸入電能。