CN109041523A - 基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于热管理和喷雾冷却领域，本发明提供基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置。本发明在本身具备自身矢量控制特性的双射流激励器的基础上，将双射流激励器与超声微孔雾化片进行组合，由雾化片对冷却液进行雾化，再由合成双射流模块将雾滴以合成双射流的独特性质喷射出去实现所谓的喷雾，本发明的喷雾冷却装置的喷雾速度，喷雾方向，喷雾脉冲频率均可由双射流激励器的驱动频率和振幅及其他结构参数进行调节。不仅雾滴尺寸小、雾化量大，而且喷雾速度快、方向可调，还兼具了射流冲击冷却和喷雾冷却换热能力强的优点。该喷雾冷却装置结构紧凑、散热能力强、能耗低、控制灵活，有望解决微小型化电子器件高热流密度散热冷却问题。

Description

基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置

技术领域

本发明属于热管理和喷雾冷却领域，具体涉及基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置。

背景技术

随着电子制造技术和工艺水平的不断提高，电子器件和芯片的特征尺寸不断减小，频率不断提高，集成度不断上升，导致其工作时的体积热耗密度大幅增加，电子元件的热失效和热退化现象愈发突出，目前已有的成熟换热技术大多是基于导热及单相对流换热机理，如导热、冷板、热沉加风扇，传统的散热方式已无法满足高性能电子元件的高热流密度散热需求。

著名的“10℃法则”指出，半导体的工作温度每上升10℃，其可靠性将会下降50％，为解决微电子器件和设备朝高集成化、小型化、轻量化和高频化发展而引起的内部热流密度急剧增大的问题，迫切需要开展新型高效冷却技术的研究与设计，并要求该冷却系统具有结构紧凑、散热能力强、能耗低、控制灵活等优点。

研究表明，采用液冷方式是解决电子器件散热问题的发展趋势，其中微通道散热技术，射流冲击冷却和喷雾冷却技术是三项很有希望取得突破的换热技术。

合成射流技术是一种新概念的射流技术，其蕴含的丰富的涡结构能增强掺混和湍流度，有利于强化换热，但如果将合成射流直接用于换热冷却，其实质还是单相的强迫风冷，散热能力受冷却工质(环境温度的空气)的限制。

超声微孔雾化片是一种振动频率达几百KHz的陶瓷振动片，能够将液态水雾化成10μm级别的雾滴，但雾滴速度及喷雾的张角过小，喷雾所处的流场湍流度不高，若直接将其用于喷雾冷却，其冷却性能不够突出，无法直接用于高热流密度芯片的散热。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置。本发明在本身具备自身矢量控制特性的双射流激励器的基础上，将双射流激励器与超声微孔雾化片进行组合，由雾化片对冷却液进行雾化，再由双射流激励器将雾滴以合成双射流的独特性质喷射出去实现所谓的喷雾。利用本发明装置，不仅雾滴尺寸小、雾化量大，而且喷雾速度快、方向可调，还兼具了射流冲击冷却和喷雾冷却换热能力强的优点。该喷雾冷却装置结构紧凑、散热能力强、能耗低、控制灵活，有望解决微小型化电子器件高热流密度散热冷却问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，包括双射流激励器，其特征在于还包括雾化装置，雾化装置包括雾化片以及供液装置，供液装置为雾化片提供雾化所需液体，雾化片将液体雾化成雾滴；双射流激励器用于产生高速射流，双射流激励器产生的射流卷吸和夹带雾化器雾化生成的雾滴并高速喷射出去，形成射流喷雾。通过对双射流激励器施加非对称电信号，在双射流激励器的两射流出口通道(左射流出口通道和右射流出口通道)产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在两射流出口通道的出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾。

下面具体介绍两种形式的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，一种是腔体组合式，另一种是出口组合式，上述两种形式是根据雾化片以及雾化通道出口的设置方式不同而区分定义的。

一种腔体组合式的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，包括双射流激励器。

所述双射流激励器包括左壳体、右壳体以及中间板，所述左壳体和右壳体的内侧均开设有凹腔，中间板的中部开设有与凹腔横截面相同的通孔，该通孔内设置有振动膜片，振动膜片的外缘密封连接在通孔的内壁上(如振动膜片通过橡胶密封圈固定安装在通孔内)；左壳体内侧的凹腔和右壳体内侧的凹腔分设在中间板的左右两侧，左壳体、中间板以及右壳体之间密封连接在一起，中间板以及中间板上的振动膜片将左壳体、右壳体上的凹腔分隔成两个独立的腔体，即左腔体和右腔体。左腔体上方对应的左壳体顶板上设有左射流出口通道，右腔体上方对应的右壳体顶板上设有右射流出口通道。

所述左壳体以及右壳体的底板外侧面上开设有雾化片安装槽，雾化片安装槽用于安装雾化片，且雾化片通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽内。其中雾化片为超声微孔雾化片。所述左腔体下方对应的左壳体底板内侧面上开设有从左壳体底板内侧面延伸通向左壳体底板外侧面的雾化片安装槽内雾化片的左雾化通道；同样的右腔体下方对应的右壳体底板内侧面上开设有从右壳体底板内侧面延伸通向右壳体底板外侧面的雾化片安装槽内雾化片的右雾化通道。左雾化通道和右雾化通道之间设置有隔板，隔板将左雾化通道和右雾化通道分隔成两个彼此独立的雾化通道，其中左雾化通道与左腔体相通，右雾化通道与右腔体相通。

所述供液装置为雾化片提供雾化所需液体。所述供液装置包括供液箱，所述供液箱上设有容纳双射流激励器的凹腔，双射流激励器能够置于该凹腔内。凹腔底部开设有联通供液箱内液体的雾化片供液口。雾化片安装槽内的雾化片下方即对应雾化片供液口，供液箱内的液体齐平雾化片供液口时，液体即可经雾化片供液口引到雾化片(雾化片的下表面与雾化片供液口齐平或者间距很小足以将液体经雾化片供液口引到雾化片)，为雾化片提供雾化所需液体。雾化片将液体雾化，雾化后雾滴经左、右雾化通道分别进入到左腔体、右腔体。

所述振动膜片为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式；压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替压缩和膨胀；由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，左、右腔体的两射流出口通道的出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在两射流出口通道的出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾；当左腔体压缩、右腔体膨胀时，左腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出；当右腔体膨胀、左腔体压缩时，右腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出；如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速喷雾射流。

接下来，一种出口组合式的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，包括双射流激励器。

所述双射流激励器包括左壳体、右壳体以及中间板，所述左壳体和右壳体的内侧均开设有凹腔，中间板的中部开设有与凹腔横截面相同的通孔，该通孔内设置有振动膜片，振动膜片的外缘密封连接在通孔的内壁上(如振动膜片通过橡胶密封圈固定安装在通孔内)。左壳体内侧的凹腔和右壳体内侧的凹腔分设在中间板的左右两侧，左壳体、中间板以及右壳体之间密封连接在一起，中间板以及中间板上的振动膜片将左壳体、右壳体上的凹腔分隔成两个独立的腔体，即左腔体和右腔体。

所述左腔体与左射流出口通道联通，左腔体通过左射流出口通道与外界环境联通，右腔体与右射流出口通道联通，右腔体通过右射流出口通道与外界环境联通。

所述左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口之间设置有雾化出口。雾化出口联通雾化片上方的雾化通道，供液装置为雾化片提供雾化所需液体。所述供液装置包括输液管通道，输液管通道将液体输送到雾化片下方的供液腔，液体经供液腔引至雾化片，雾化片将液体雾化呈雾化液滴。雾化液滴经雾化通道从雾化出口喷出。

具体地，还包括射流喷雾板，射流喷雾板独立设置，射流喷雾板设置在左壳体的一侧；或者，射流喷雾板与左壳体一体设置即左壳体的一侧即作为射流喷雾板；射流喷雾板、中间板以及右壳体连接在一起。所述射流喷雾板内设有彼此独立的左射流出口通道和右射流出口通道；左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口均开设在射流喷雾板上；左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口均为长方形且平行对称设置；雾化出口设置在相互平行的左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口之间；雾化出口联通雾化片上方的雾化通道，供液装置为雾化片提供雾化所需液体。

所述供液装置包括输液管通道，输液管通道设置在中间板的外侧，所述中间板内设有供液腔，输液管通道与供液腔之间设置有进液腔，输液管通道将液体先输送到进液腔，进液腔联通供液腔；雾化出口下方的中间板上设置有雾化片安装槽，雾化片安装槽用于安装雾化片，且雾化片通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽内，其中雾化片为超声微孔雾化片。雾化片的底面即对应供液腔上开设的雾化片供液口，供液腔的液面与雾化片供液口齐平时，供液腔内的液体经雾化片供液口引到雾化片，为雾化片提供雾化所需液体；供液腔内的液体经雾化片供液口到达雾化片底部，雾化片将液体雾化后经雾化出口排出。

所述振动膜片为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式；压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替膨胀和压缩。通过控制电源控制系统输出到双射流激励器的驱动电压，进而调节双射流激励器其振动膜片的振动幅值即可调节喷雾冷却装置的喷雾速度，喷雾张角，喷雾脉冲频率。具体地，通过调节电源控制系统输出电压的上下电压幅值从而调节合成双射流模块振动膜片两侧振幅比可以调节两股射流动量比，从而可以实现自身喷雾射流的矢量控制，即改变喷雾的方向，达到引射的作用。由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，因此左、右腔体的两矩形出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾。当压电陶瓷片压缩左腔体时，左腔体内的气体从左射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从右射流出口进入右腔体，右腔体膨胀；当压电陶瓷片压缩右腔体时，右腔体内的气体从又射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从左射流出口进入左腔体，左腔体膨胀。如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速射流。高速射流作用在从雾化出口喷出的雾滴上，将雾滴以一定速度，一定方向喷射出去。

本发明的喷雾冷却装置的喷雾速度，喷雾张角，喷雾脉冲频率均可通过调节双射流激励器的驱动频率和振幅进行调节。具体地，本发明是基于本身具备自身矢量控制特性的双射流激励器，通过提高双射流激励器的驱动电压从而提高双射流激励器其振动膜片的振动幅值，进而提升喷雾射流速度。双射流激励器的驱动电压是由电源控制系统提供的，即通过电源控制系统(电源控制系统包括电源、信号发生器和信号放大器，采用的是常规的电源控制电路即可实现调节其输出电压的功能)调节其输出到双射流激励器的驱动电压，进而调节双射流激励器其振动膜片的振动幅值即可调节喷雾冷却装置的喷雾速度，喷雾张角，喷雾脉冲频率。而双射流激励器其振动膜片存在一个共振频率，当达到共振频率时，双射流激励器所喷射处的射流速度在当前幅值下最大。喷雾张角与射流速度变化趋势一致，见图12。喷雾脉冲定义为如图13的一次蘑菇状水雾的形成过程，其频率与激励器频率一致，是合成双射流对喷雾的干扰次数。

与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：

1、合成双射流模块与超声微孔雾化片组合式喷雾冷却装置，喷雾射流速度可由驱动频率，振动膜的振幅以及其他结构参数进行调节，适合高热流密度芯片的散热。这种新型小空间高效冷却技术研究与设计，为解决高集成度电子设备内部热流密度急剧增大问题提供新的思路与途径，满足小平台机载产品减重需求和芯片小型化及微系统技术发展要求。

2、本发明结合合成双射流模块膜片振动能有效提高射流能量的特点，将其与超声微孔雾化片分别在出口位置和腔体位置有机组装，将超声微孔雾化片雾化量大，雾滴尺寸小的特点与合成双射流模块射流速度高，蕴含的涡结构丰富利于增强掺混和强化换热的合成射流特殊性质进行结合，换热能力更强更突出，尽管研究尚处于起步阶段，但可以预见，其冷却性能提升具有长远的发展空间，甚至有望成为该领域的重大突破。

3、通过调节电源控制系统输出电压的上下电压幅值从而调节合成双射流模块振动膜片两侧振幅比可以调节两股射流动量比，从而可以实现自身喷雾射流的矢量控制，即改变喷雾的方向，达到引射的作用，解决了原来雾化张角小，雾化方向单一的缺点。这种喷雾射流的矢量特性为小空间高热流密度散热对安装空间的限制和要求提供解决思路和途径。

4、喷雾冷却是一项以强迫对流、液膜表面蒸发和核态沸腾为换热方式的换热技术。研究表明，以水为介质的喷雾冷却高出强迫风冷散热能力的几个量级，但单纯的喷雾冷却在冷却面上蒸发形成的水蒸气会阻碍热量的进一步扩散，由于合成双射流是两股相位相反空气射流相互作用的结果，在这两股射流相互作用的下游近区，其整体流场特征要比常规的定场射流流场特征复杂得多，这种“复杂”即所谓的湍流度高。将这种本质上属于强迫风冷的合成双射流与雾化液冷进行组合，能及时带走相变发生后水蒸气中的热量，促进下一轮蒸发相变，换热能力将进一步获得提升。

附图说明

图1为本发明实施例1中双射流激励器的结构示意图；

图2为本发明实施例1中的供液装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1的展向剖面示意图；

图4为本发明实施例1的轴向剖面示意图；

图5为本发明实施例1的实物图及其工作效果图；

图6为本发明实施例2的结构示意图；

图7为本发明实施例2的展向剖面示意图；

图8为本发明实施例2的轴向剖面示意图；

图9为本发明实施例2的实物图及其工作效果图；

图10为本发明的双射流激励器在不同驱动电压幅值时，合成双射流纹影和PIV(Particle Image Velocity)速度矢量及云图实施例；

图11为本发明典型流场的水雾颗粒数量密度与粒子速度分布图；

图12是喷雾张角变化趋势图；

图13是一次蘑菇状水雾的形成图。

图中各标号表示：

1、双射流激励器；1.1、左壳体；1.2、右壳体；1.3、中间板；1.4、振动膜片；1.5、左腔体；1.6、右腔体；1.7、左射流出口通道；1.8、右射流出口通道；1.9、雾化片安装槽；1.10、左雾化通道；1.11、右雾化通道；1.12、隔板；1.13、射流喷雾板；1.14、雾化出口；1.15、雾化通道；

2、雾化片；

3、供液装置；3.1、供液箱；3.2、凹腔；3.3、雾化片供液口；3.4、输液管通道；3.5、供液腔；3.6、进液腔；3.7、注液口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行进一步的详细说明。

参照图1至图4，为本发明提供的具体实施例1：

实施例1中：基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置包括供液装置和双射流激励器。

所述双射流激励器包括左壳体1.1、右壳体1.2以及中间板1.3，所述左壳体1.1和右壳体1.2的内侧均开设有凹腔，中间板1.3的中部开设有与凹腔横截面相同的通孔，该通孔内设置有振动膜片1.4，振动膜片1.4的外缘密封连接在通孔的内壁上，如本实施例中，振动膜片1.4通过橡胶密封圈固定安装在通孔内，这样可以保证密封。左壳体1.1内侧的凹腔和右壳体1.2内侧的凹腔分设在中间板1.3的左右两侧且左壳体1.1和右壳体1.2对称设置，左壳体1.1、中间板1.3以及右壳体1.2连接在一起，如图1采用的是多个螺栓将左壳体1.1、中间板1.3以及右壳体1.2固定连接在一起。参照图1，本实施例中左壳体1.1和右壳体1.2其内侧的凹腔均为圆形的凹腔，中间板1.3的中部相应位置开设有与凹腔横截面相同的圆形通孔，圆形通孔内设置有圆形的振动膜片1.4，振动膜片1.4为圆形的压电陶瓷片。

中间板1.3以及中间板1.3上的振动膜片1.4将左壳体1.1、右壳体1.2上的凹腔分隔成两个独立的腔体，即左腔体1.5和右腔体1.6。左腔体1.5上方对应的左壳体顶板上设有左射流出口通道1.7，右腔体1.6上方对应的右壳体顶板上设有右射流出口通道1.8。左射流出口通道1.7的出口和右射流出口通道1.8的出口均为矩形，两矩形出口平行相对设置且相距较近，一般距离为3～5mm。

所述左壳体1.1以及右壳体1.2的底板外侧面上开设有雾化片安装槽1.9，雾化片安装槽1.9用于安装雾化片2，且雾化片2通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽1.9内。本实施例采用的雾化片2为超声微孔雾化片，超声微孔雾化片具体采用的是压电陶瓷片。16mm直径的超声微孔雾化片其外缘套装有橡胶密封圈(套上橡胶密封圈后的超声微孔雾化片其总之间为20mm左右)然后安装在雾化片安装槽1.9内，可以实现其边缘连接处的密封防水。

所述左腔体1.5下方对应的左壳体底板内侧面上开设有从左壳体底板内侧面延伸通向左壳体底板外侧面的雾化片安装槽1.9内雾化片2的左雾化通道1.10；同样的右腔体1.6下方对应的右壳体底板内侧面上开设有从右壳体底板内侧面延伸通向右壳体底板外侧面的雾化片安装槽1.9内雾化片2的右雾化通道1.11。左雾化通道1.10和右雾化通道1.11之间设置有隔板1.12，隔板1.12将左雾化通道1.10和右雾化通道1.12分隔成两个彼此独立的雾化通道。所述隔板1.12连接在中间板1.3上(或者隔板1.12就是中间板1.3上的一部分，其所处的位置能够将左雾化通道1.10和右雾化通道1.12分隔成两个彼此独立的雾化通道)。

所述供液装置3为雾化片2提供雾化所需液体。所述供液装置3包括供液箱3.1，所述供液箱3.1上设有容纳双射流激励器1的凹腔3.2，双射流激励器1能够置于该凹腔3.2内。所述供液箱3.1上开设有注液口，便于随时向供液箱内补充注入液体。凹腔3.2底部开设有联通供液箱3.1内液体的雾化片供液口3.3。雾化片供液口3.3与雾化片安装槽1.9内的雾化片2相对，供液箱3.1内的液体经雾化片供液口3.3引到雾化片2，为雾化片2提供雾化所需液体。雾化片2将液体雾化，雾化后雾滴经左、右雾化通道分别进入到左腔体1.5、右腔体1.6。参照附图1、2、3和4，本实施例中的双射流激励器1整体呈长方体形，本实施例中的供液箱3.1也采用长方体形的箱体，箱体内部储水，供液箱3.1上设置有内凹的长方体形的凹腔，该长方体形的凹腔正好可以容纳长方体形的双射流激励器1。长方体形的凹腔底部开设有联通供液箱3.1内液体的雾化片供液口3.3。雾化片供液口3.3与雾化片安装槽1.9内的雾化片2相对，供液箱3.1内的液体经雾化片供液口3.3引到雾化片2，为雾化片2提供雾化所需液体。即供液箱3.1内的水面能够齐平雾化片供液口3.3，从而雾化片能与雾化片供液口3.3处的液面相接触，实现为雾化片2提供雾化所需液体。

本发明所述振动膜片1.4为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式。压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替压缩和膨胀。由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，因此左、右腔体的两矩形出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾。当左腔体压缩、右腔体膨胀时，左腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出，形成射流喷雾；当右腔体膨胀、左腔体压缩时，右腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出，形成射流喷雾。如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速喷雾射流。参照图5，为本发明实施例1的实物图及其工作效果图.

参照图6、7和8，为本发明提供的具体实施例2：

实施例2提供的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，同样包括供液装置和双射流激励器。

所述双射流激励器包括左壳体1.1、右壳体1.2以及中间板1.3。所述左壳体1.1和右壳体1.2的内侧均开设有凹腔，中间板1.3的中部开设有与凹腔横截面相同的通孔，该通孔内设置有振动膜片1.4，振动膜片1.4的外缘密封连接在通孔的内壁上，如本实施例中，振动膜片1.4通过橡胶密封圈固定安装在通孔内，这样可以保证密封。左壳体1.1内侧的凹腔和右壳体1.2内侧的凹腔分设在中间板1.3的左右两侧且左壳体1.1和右壳体1.2对称设置，左壳体1.1、中间板1.3以及右壳体1.2连接在一起，如图1采用的是多个螺栓将左壳体1.1、中间板1.3以及右壳体1.2固定连接在一起。参照图1，本实施例中左壳体1.1和右壳体1.2其内侧的凹腔均为圆形的凹腔，中间板1.3的中部相应位置开设有与凹腔横截面相同的圆形通孔，圆形通孔内设置有圆形的振动膜片1.4，振动膜片1.4为圆形的压电陶瓷片。中间板1.3以及中间板1.3上的振动膜片1.4将左壳体1.1、右壳体1.2上的凹腔分隔成两个独立的腔体，即左腔体1.5和右腔体1.6。

参照图6，还包括射流喷雾板1.13。射流喷雾板1.13可以独立设置，射流喷雾板1.13设置在左壳体1.1的一侧。参照图6，射流喷雾板1.13也可以与左壳体1.1一体设置即左壳体1.1的一侧即作为射流喷雾板1.13。射流喷雾板1.13、中间板1.3以及右壳体1.2连接在一起。本实施例中右壳体是呈L形的壳体，其一侧向上转折延伸将中间板1.3以及射流喷雾板1.13半包在其内侧。所述射流喷雾板1.13内设有彼此独立的左射流出口通道1.7和右射流出口通道1.8。左射流出口通道1.7的出口和右射流出口通道1.8的出口均开设在射流喷雾板上。左射流出口通道1.7的出口和右射流出口通道1.8的出口的横截面形状不限，可以是长方形、椭圆形、圆形等形状。本实施例中左射流出口通道1.7的出口和右射流出口通道1.8的出口均为长方形且平行对称设置。所述左腔体1.5与左射流出口通道1.7联通，左腔体1.6通过左射流出口通道1.7与外界环境联通，右腔体1.6与右射流出口通道1.8联通，右腔体1.6通过右射流出口通道1.8与外界环境联通。相互平行的左射流出口通道1.7的出口和右射流出口通道1.8的出口之间的射流喷雾板1.13上设置有雾化出口1.14。雾化出口1.14联通雾化片2上方的雾化通道1.15，供液装置3为雾化片2提供雾化所需液体。

所述供液装置3包括输液管通道3.4，输液管通道3.4设置在中间板1.3的外侧，所述中间板1.3内设有供液腔3.5，输液管通道3.4与供液腔3.5之间设置有进液腔3.6，输液管通道3.4将液体先输送到进液腔3.6，进液腔3.6联通供液腔3.5。进液腔3.6的功能是类似于对进来的液体进行缓冲处理，一方面有蓄存液体的功能，防止供液腔内生成气泡影响雾化片的工作，另一方面，方便向供液腔进行注水，总的来说，其功能类似于吊瓶的墨非氏管。雾化出口1.14下方的中间板1.3上设置有雾化片安装槽1.9，雾化片安装槽1.9用于安装雾化片2，且雾化片2通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽1.9内。本实施例采用的雾化片2为超声微孔雾化片，超声微孔雾化片具体采用的是压电陶瓷片。16mm直径的超声微孔雾化片其外缘套装有橡胶密封圈(套上橡胶密封圈后的超声微孔雾化片其总之间为20mm左右)然后安装在雾化片安装槽1.9内，可以实现其边缘连接处的密封防水。雾化片2的底面即对应供液腔3.5上开设的雾化片供液口3.3，供液腔3.5的液面与雾化片供液口3.3齐平时，供液腔3.5内的液体经雾化片供液口3.3引到雾化片2，为雾化片2提供雾化所需液体。供液腔3.5内的液体经雾化片供液口3.3到达雾化片2底部，雾化片2将液体雾化后经雾化出口排出。

本发明所述振动膜片为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式。压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替膨胀和压缩。由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，因此左、右腔体的两矩形出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾。当压电陶瓷片压缩左腔体时，左腔体内的气体从左射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从右射流出口进入右腔体，右腔体膨胀；当压电陶瓷片压缩右腔体时，右腔体内的气体从又射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从左射流出口进入左腔体，左腔体膨胀。如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速射流。高速射流作用在从雾化出口喷出的雾化液滴上，将雾滴以一定速度，一定方向喷射出去。其中，左射流出口通道、右射流出口之间的间距为4mm，雾化出口大小的设置标准是：以雾化片有效雾化区域为中央的2mm半径区域。

实施例1和实施例2均是利用双射流激励器与雾化片(超声微孔雾化片)组合实现喷雾射流冷却，其均可以实现：

1.喷雾射流速度可通过调节双射流激励器驱动频率，双射流激励器其振动膜片的振幅以及其他结构参数进行调节；

2.将超声微孔雾化片雾化量大，雾滴尺寸小的特点与双射流激励器射流速度高，蕴含的涡结构丰富利于增强掺混和强化换热的合成射流特殊性质进行结合，换热能力更强更突出；

3.通过调节电源上下电压幅值从而调节双射流激励器其振动膜片两侧振幅比可以调节其输出的两股射流动量比，从而可以实现自身喷雾射流的矢量控制，即改变喷雾的方向，达到引射的作用，解决了原来雾化张角小，雾化方向单一的缺点。

4.将合成双射流这种本质上属于强迫风冷的散热方式与雾化液冷进行组合，能及时带走相变发生后沉积在芯片周围的高温水蒸气，促进下一轮蒸发相变，换热能力将进一步获得提升。

实施例中以双射流激励器的矢量控制为例进行说明。图10为双射流激励器的矢量控制的实施例，合成双射流纹影和PIV速度矢量及云图，可以从中看出，双射流激励器其振动膜片在不同的电压驱动幅值下，合成双射流的矢量方向发生偏转。能够形成喷雾方向引射，增大喷雾张角和喷雾面积，为解决小空间换热受空间限制提供解决路径。

图11为本发明典型流场的水雾颗粒数量密度与粒子速度分布图。与纯粹的喷雾冷却不同，基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置形成的每一股喷雾射流规律性地相间存在大量气体，这些高速气流冲击靶板表面的液膜，由雾滴裹覆的大量气体将利于喷雾冷却的二次成核。

以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，包括双射流激励器，其特征在于还包括雾化装置，雾化装置包括雾化片以及供液装置，供液装置为雾化片提供雾化所需液体，雾化片将液体雾化成雾滴；双射流激励器用于产生高速射流，双射流激励器产生的射流卷吸和夹带雾化器雾化生成的雾滴并高速喷射出去，形成射流喷雾。

2.根据权利要求1所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：通过对双射流激励器施加非对称电信号，在双射流激励器的两射流出口通道产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在两射流出口通道的出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾。

3.根据权利要求1所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述双射流激励器包括左壳体、右壳体以及中间板，所述左壳体和右壳体的内侧均开设有凹腔，中间板的中部开设有与凹腔横截面相同的通孔，该通孔内设置有振动膜片，振动膜片的外缘密封连接在通孔的内壁上；左壳体内侧的凹腔和右壳体内侧的凹腔分设在中间板的左右两侧，左壳体、中间板以及右壳体之间密封连接在一起，中间板以及中间板上的振动膜片将左壳体、右壳体上的凹腔分隔成两个独立的腔体，即左腔体和右腔体；所述左腔体与左射流出口通道联通，左腔体通过左射流出口通道与外界环境联通，右腔体与右射流出口通道联通，右腔体通过右射流出口通道与外界环境联通。

4.根据权利要求3所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述左射流出口通道开设在左腔体上方对应的左壳体顶板上，所述右射流出口通道开设在右腔体上方对应的右壳体顶板上；

所述左壳体以及右壳体的底板外侧面上开设有雾化片安装槽，雾化片安装槽用于安装雾化片，且雾化片通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽内；所述左腔体下方对应的左壳体底板内侧面上开设有从左壳体底板内侧面延伸通向左壳体底板外侧面的雾化片安装槽内雾化片的左雾化通道；同样的右腔体下方对应的右壳体底板内侧面上开设有从右壳体底板内侧面延伸通向右壳体底板外侧面的雾化片安装槽内雾化片的右雾化通道；

左雾化通道和右雾化通道之间设置有隔板，隔板将左雾化通道和右雾化通道分隔成两个彼此独立的雾化通道，左雾化通道与左腔体相通，右雾化通道与右腔体相通。

5.根据权利要求4所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述供液装置包括供液箱，所述供液箱上设有容纳双射流激励器的凹腔，双射流激励器能够置于该凹腔内；凹腔底部开设有联通供液箱内液体的雾化片供液口；雾化片安装槽内的雾化片下方即对应雾化片供液口，供液箱内的液体齐平雾化片供液口时，液体即可经雾化片供液口引到雾化片，为雾化片提供雾化所需液体；雾化片将液体雾化，雾化后雾滴经左、右雾化通道分别进入到左腔体、右腔体。

6.根据权利要求5所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述振动膜片为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式；压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替压缩和膨胀；由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，左、右腔体的两射流出口通道的出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在两射流出口通道的出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾；当左腔体压缩、右腔体膨胀时，左腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出；当右腔体膨胀、左腔体压缩时，右腔体内的雾化后的雾滴从左射流出口通道以高速喷出；如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速喷雾射流。

7.根据权利要求3所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口之间设置有雾化出口；雾化出口联通雾化片上方的雾化通道；所述供液装置包括输液管通道，输液管通道将液体输送到雾化片下方的供液腔，液体经供液腔引至雾化片，雾化片将液体雾化呈雾化液滴。雾化液滴经雾化通道从雾化出口喷出。

8.根据权利要求3所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：还包括射流喷雾板，射流喷雾板独立设置，射流喷雾板设置在左壳体的一侧；或者，射流喷雾板与左壳体一体设置即左壳体的一侧即作为射流喷雾板；射流喷雾板、中间板以及右壳体连接在一起；

所述射流喷雾板内设有彼此独立的左射流出口通道和右射流出口通道；左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口均开设在射流喷雾板上；左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口均为长方形且平行对称设置；雾化出口设置在相互平行的左射流出口通道的出口和右射流出口通道的出口之间；雾化出口联通雾化片上方的雾化通道，供液装置为雾化片提供雾化所需液体。

9.根据权利要求8所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述供液装置包括输液管通道，输液管通道设置在中间板的外侧，所述中间板内设有供液腔，输液管通道与供液腔之间设置有进液腔，输液管通道将液体先输送到进液腔，进液腔联通供液腔；雾化出口下方的中间板上设置有雾化片安装槽，雾化片安装槽用于安装雾化片，且雾化片通过橡胶密封圈固定安装在雾化片安装槽内，其中雾化片为超声微孔雾化片；雾化片的底面即对应供液腔上开设的雾化片供液口，供液腔的液面与雾化片供液口齐平时，供液腔内的液体经雾化片供液口引到雾化片，为雾化片提供雾化所需液体；供液腔内的液体经雾化片供液口到达雾化片底部，雾化片将液体雾化后经雾化出口排出。

10.根据权利要求9所述的基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，其特征在于：所述振动膜片为压电陶瓷片，其振动是采用压电驱动方式；压电陶瓷片连接电源控制系统，电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，使得左、右腔体内的压强发生交替的增大和减小即使得左、右腔体交替膨胀和压缩；由于电源控制系统输出非对称电信号驱动压电陶瓷片往复振动，因此左、右腔体的两射流出口通道的出口产生两股动量不同的反相位射流，且两股射流在两射流出口通道的出口附近产生强烈的相互作用，形成矢量喷雾；当压电陶瓷片压缩左腔体时，左腔体内的气体从左射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从右射流出口进入右腔体，右腔体膨胀；当压电陶瓷片压缩右腔体时，右腔体内的气体从又射流出口通道以高速喷出，形成射流，同时外界气体从左射流出口进入左腔体，左腔体膨胀；如此，在左射流出口通道、右射流出口通道交替形成高速射流；高速射流作用在从雾化出口喷出的雾滴上，将雾滴以一定速度，一定方向喷射出去。