[實用新型]電流體強化對流換熱實驗系統

有效

• 申請號: 201721651158.0
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN207611005U
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 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

本實用新型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；電源子系統以及測量子系統；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。本實用新型可通過改變實驗中的加熱功率、高壓電壓以及實驗元件的相對距離、幾何尺寸、表面結構等參變量，研究對流換熱系數隨各參變量的變化規律。

技術領域

本實用新型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。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型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

根據本實用新型的一個方面，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。