[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化噴霧冷卻換熱性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811038735.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN109152291B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉妮;殷小明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20;C09K5/10
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化噴霧冷卻換熱性能的方法。它包括：將濃度50?200ppm的FS?31水溶液作為噴霧冷卻工質(zhì)進(jìn)行噴霧冷卻；將濃度200ppm的CTAB水溶液與濃度100ppm的FS?31水溶液按0:100％?50％:50％混合，或?qū)舛?00ppm的AOS水溶液與濃度100ppm的FS?31水溶液按0:100％?50％:50％混合，或?qū)舛?00ppm的SDS水溶液與濃度100ppm的FS?31水溶液按0:100％?50％:50％混合，配制成的溶液作為噴霧冷卻工質(zhì)進(jìn)行噴霧冷卻。該方法能夠改善噴霧冷卻的換熱性能，提高換熱系數(shù)，降低熱源表面溫度，節(jié)省工質(zhì)，滿足高熱流密度電子設(shè)備冷卻的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高熱流密度噴霧冷卻換熱及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種強(qiáng)化噴霧冷卻換熱性能的方法。

背景技術(shù)

噴霧冷卻作為一種新型的冷卻技術(shù)，具有大幅度提高電子元器件的散熱潛能，成為高熱流密度電子冷卻領(lǐng)域最受關(guān)注的冷卻方式之一。鑒于噴霧冷卻的影響因素較多，機(jī)理也比較復(fù)雜。為了更好地發(fā)揮噴霧冷卻在實(shí)際工程中的應(yīng)用，目前展開了對(duì)噴霧冷卻工質(zhì)的研究。

噴霧冷卻工質(zhì)不僅要滿足散熱需求的前提，還需要考慮與電子元件是否具有相容性，對(duì)環(huán)境有無影響，操作是否安全以及成本等。現(xiàn)有的噴霧冷卻工質(zhì)主要有兩種：一種為導(dǎo)體(如水、乙醇等)，此時(shí)需要在工質(zhì)和電子元件之間放置一塊冷板，防止冷卻劑直接接觸電子器件；另一種為絕緣體(如FC類化合物)，此時(shí)可以將噴霧冷卻工質(zhì)直接噴射到電子器件表面帶走熱量。絕緣體成本較高，導(dǎo)熱率、汽化潛熱等遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于導(dǎo)體。而大多數(shù)噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究選用價(jià)格更為低廉的去離子水(蒸餾水)作為噴霧冷卻工質(zhì)。由于有較高的比熱容、熱傳導(dǎo)率以及汽化潛熱，使蒸餾水無論單相還是兩相，噴霧冷卻換熱均具有良好的性能，從而可滿足散熱要求，且應(yīng)用方便，價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境無污染，適合開路和封閉循環(huán)回路兩種實(shí)驗(yàn)研究，應(yīng)用的范圍更廣。為了更進(jìn)一步提高噴霧冷卻的換熱效果，引入了表面活性劑到以蒸餾水為噴霧冷卻工質(zhì)的噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)過程中，并展開了相關(guān)的研究。

表面活性劑是這樣一類物質(zhì)，即在溶劑中加入微小劑量即可以大幅度降低溶劑表面張力，改變?nèi)芤后w系界面狀態(tài)，同時(shí)能夠產(chǎn)生濕潤(rùn)、滲透、分散、氣泡及增容等效果。表面活性劑能夠以極低的濃度大幅度降低溶液表面張力，此性能是與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中具有疏水和親水兩種基團(tuán)，這樣的分子結(jié)構(gòu)，一方面，親水基團(tuán)使得其與水分子具有極佳的親和性，從而賦予表面活性劑分子水溶性質(zhì)；另一方面，疏水基團(tuán)則因?yàn)槠溆袕乃刑与x的性質(zhì)，因而會(huì)從水溶液內(nèi)部轉(zhuǎn)移到液體表面。表面活性劑分子以親水基留在水溶液內(nèi)部，疏水基朝向氣相側(cè)的狀態(tài)，緊密排列成單分子的吸附層，并且發(fā)生定向排列。表面張力的降低會(huì)對(duì)噴霧液滴尺寸和固液接觸角產(chǎn)生重要的影響。表面張力越小，液滴越容易克服自身表面張力霧化為直徑更小的液滴。液滴直徑的減小使得液滴密度增大，從而更加高頻次地?fù)舸驘嵩幢砻娈a(chǎn)生更多的擾動(dòng)，促進(jìn)噴霧冷卻的換熱。同時(shí)，固液接觸角減小，提高了液滴在表面的鋪展性和濕潤(rùn)性。

目前，將單一表面活性劑SDS應(yīng)用于噴霧冷卻方面已有相關(guān)的研究，但是將其它類型的表面活性劑和混合表面活性劑應(yīng)用于噴霧冷卻方面卻從未有人研究過。現(xiàn)有的將表面活性劑SDS引入噴霧冷卻體系的相關(guān)研究認(rèn)為，加入SDS能提升噴霧冷卻換熱效率，主要是由于改變了液體與熱表面的接觸角，增加了液體與熱表面的接觸面積，同時(shí)，霧化液滴在熱表面上的生存時(shí)間減少；此外，由于SDS具有較強(qiáng)的發(fā)泡性能，將其加入噴霧冷卻體系中，會(huì)在熱表面產(chǎn)生豐富的泡沫，極大增強(qiáng)了液膜內(nèi)的擾動(dòng)，加強(qiáng)了熱表面的對(duì)流，由此提升了噴霧冷卻的換熱效果。但是，現(xiàn)有的噴霧冷卻技術(shù)，即便將表面活性劑SDS引入噴霧冷卻體系，仍然存在冷卻效率低、工質(zhì)耗量大、表面溫度均勻性差等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將其它類型的表面活性劑和混合表面活性劑應(yīng)用于噴霧冷卻換熱，可改善噴霧冷卻的換熱性能、提高換熱系數(shù)、降低熱源表面溫度、節(jié)省工質(zhì)的強(qiáng)化噴霧冷卻換熱性能的方法。