[發明專利]電流體強化對流換熱實驗系統

在審

• 申請號: 201711249444.9
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107843617A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王際輝;胡學功
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本公開涉及一種電流體強化對流換熱實驗系統，尤其涉及一種電流體強化氣體對流換熱實驗系統。

背景技術

熱量的交換無處不在，電子元器件在工作中都會產生熱耗散，耗散熱量如不能快速導出并散掉，就會影響元器件的工作壽命，甚至造成設備燒毀、系統停止等嚴重故障。一般元器件會將熱量以熱傳導的方式傳遞給與之貼合的熱沉，熱沉再主要通過對流的方式將熱量傳遞給周圍的流體，流體流動將熱量帶走，實現散熱過程。只有當元器件的發熱量和熱沉的散熱量達到平衡時，元器件才能維持穩定的工作溫度。目前熱沉的材質一般為銅合金、鋁合金等金屬，導熱系數較高；而當流體流速較慢時，熱沉與周圍流體之間的對流換熱系數較低。并且，由于流體自身的粘度，受粘性力的作用，在熱沉表面會形成平均流速很低的流體層，稱之為邊界層。邊界層中主要依靠熱傳導傳熱，而流體的導熱系數普遍遠遠低于金屬固體。因此，熱沉與流體間的換熱較差，是制約熱沉散熱能力的主要因素。

為了提高對流換熱系數，常用泵或風機對流體加速，但這種方式內含高速運動部件，會帶來噪音污染，提高了系統功耗，增大了系統體積，更主要是降低了系統的可靠性，增加了維護成本。基于電流體動力學的電流體強化對流換熱技術，是近年來一種新興的強化換熱手段，該方式無運動部件，功耗低，體積小，可靠性大大提高；只是目前對該技術的實驗研究還不成熟，尚不足以系統化地指導電流體強化對流換熱的仿真計算和產品設計。

公開內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種電流體強化氣體對流換熱實驗系統，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種電流體強化對流換熱實驗系統，包括：實驗件子系統，用于對熱沉的對流換熱過程進行分析，包括：熱沉，由基座和翅片組成；為金屬或石墨材質，基座上有多個翅片，翅片之間相互平行或成一預定夾角；熱源，其一面通過界面導熱材料與所述熱沉的基座貼合，另一面用保溫材料包覆和周圍流體絕熱；電極，設置于熱沉的翅片間隙中，與熱沉不接觸，且與熱沉的相對距離可變；電源子系統，包括：高壓電源，其輸出端與電極相連，返回端通與熱沉相連，用于在電極和熱沉之間形成電場；以及測量子系統，包括溫度測量裝置和流體速度場測量裝置，用于實驗件子系統的溫度場及流體的速度場進行測量，從而對對流換熱系數隨各參變量的變化規律進行分析；其中，參與對流換熱的流體是常態下不導電且高電壓下可電離的氣體或液體。

在本公開一些實施例中，所述實驗件子系統還包括：支撐臂，豎直固定在水平臺上，與水平臺成直角；所述支撐臂上加工有水平長條孔和圓孔；所述熱沉固定在支撐臂上，可沿著支撐臂上的水平長條孔水平移動，使得電極距離相鄰兩翅片的距離不同；滑軌，通過圓孔垂直固定在支撐臂上，滑塊安裝在滑軌上，可沿滑軌長度方向滑動；所述的電極與滑塊相連，置于熱沉的翅片間隙中，隨滑塊的滑動而移動，并且電極與熱沉不接觸；所述的翅片間隙內均根據需要放置多個電極，不同電極之間也不接觸；通過滑塊的滑動，可改變電極與翅片的距離和/或間隙內的多個電極之間的相互距離；所述熱沉的移動和電極的移動方向相互垂直，使熱沉與電極之間的相對位置在兩個維度上發生變化；所述電源子系統還包括：直流穩壓電源，用于給熱源供電，使熱源以一定功率發熱，并將熱量以熱傳導的方式傳給熱沉；通過改變直流穩壓電源的輸出電壓和輸出電流，可調整實驗中熱源的發熱功率；所述測量子系統包括：多根熱電偶，所述熱電偶頭部檢測端測量熱沉和熱源表面上多個測點的溫度，用以獲得熱源和熱沉各處測點的溫度，包括：熱源表面、基座表面和翅片表面的測點，所述熱電偶尾部導線接入溫度巡檢儀，信號傳遞并記錄到溫度巡檢儀，并將實時溫度值顯示在溫度巡檢儀的顯示屏上；紅外熱成像儀，鏡頭對向熱沉表面，和熱沉不接觸，用以測量熱沉表面的溫度場；粒子成像測速系統，對向翅片間隙，通過向翅片間隙內發射示蹤粒子并對示蹤粒子拍照，并將翅片間隙內流體的速度場顯示在計算機上。

在本公開一些實施例中，所述的熱沉與電極之間的距離在0.1mm到200mm之間；所述的翅片間隙內的多個電極，任意兩個電極間距離在0.1mm到200mm之間。

在本公開一些實施例中，所述的熱沉的翅片數量在2到100之間；每個翅片間隙內電極的數量在0到10之間。

在本公開一些實施例中，所述的熱沉的翅片之間夾角在0到180°之間。

在本公開一些實施例中，翅片和基座一體成型或通過焊接、鉚接、粘接方式連接。