CN111463179A - 基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器及其制造方法，包括键合密封的散热底板和盖板；散热底板上设置有工质入口、若干周期性弯曲‑变截面的微槽道以及工质入口；工质入口设置在散热底板一端，工质出口设置在散热底板的另一端，分液区与工质入口相连通，周期性弯曲‑变截面的微槽道一端与分液区相连通，另一端与集液区相连通。本发明利用周期性弯曲‑变截面组合微通道结构与粘弹性流体产生协同作用，能够在低Re数的微槽道内产生明显的弹性湍流效应，从而显著强化低Re数下的换热系数。本发明不用增加扰流微柱及通过提高流速来形成湍流，因而在相同的换热条件下，能够大幅降低微通道换热器的流动压降和泵功消耗。
Description
技术领域
本发明属于超高热流密度微通道散热技术，涉及一种适用于超高热流密度电子元器件的高效紧凑式冷却技术，具体涉及一种基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器及其制造方法。
背景技术
随着微纳米制造技术(MEMS)的迅速发展，电子元器件呈现高集成度、高频化和微型化等特点。电子元器件性能提升的同时，发热问题也逐渐凸显，并成为继“摩尔定律”后限制其性能提升的主要瓶颈。研究表明有超过55％的电子设备因过温而引起失效。特别地，以GaN材料为代表的第三代半导体器件有着极高的输出功率能力，在大功率微波和放大器领域有着重要应用。但是，其正常工作平均热流密度已超过1kW/cm2,局部热点的热流密度能达到20kW/cm2以上，发热问题不仅使GaN功率器件不得不降频使用，而且严重威胁器件安全。因此，开发狭小空间内的超高热流密度散热技术对于我国国防、航空航天、能源、电子信息等行业的发展至关重要。
微通道液冷散热技术最早由美国学者Tuckerman和Pease在1981年提出，以水为工质实现了790W/cm2的热流密度，1998年美国学者Vidmar更是利用微通道散热器实现了2.7kW/cm2的热流密度，比常规尺度的单相和相变散热技术高一个数量级以上。由于兼具了高效和紧凑两大特点，近四十年来微通道散热系数一直是全世界学者的研究热点。但是，由于微通道水力直径为微米量级，通道壁面粗糙度不可忽略，粘性力成为主导，由粘性力引起的摩擦损失急剧增加，使得微通道的流动阻力也远高于常规通道，高流阻导致驱动流体的泵功大幅增加，严重阻碍了微通道换热技术的规模化应用。因此，强化换热和降低流阻对于微通道液冷换热技术从实验室走向工程应用至关重要。
国内外众多学者在微通道强化换热和降低流阻方面开展了大量研究工作。在强化换热方面，通过开发多种微通道结构、设置微肋扰流原件或采用微孔射流的形式，能够取得一定的强化换热效果。其原理是利用微通道结构或微肋的扰流作用，通过增加流体速度(惯性)，使流体在微通道内产生二次流扰动(惯性湍流)，破坏热边界层，达到强化换热的目的。但是，由于摩擦阻力与流体速度的平方成正比，提高流速会使流动阻力的大幅增加，即强化换热要以牺牲泵功为代价。在降低流阻方面，将微槽道表面制备超疏水涂层够获得不错的减阻效果，但超疏水涂层工艺复杂、耐久性差；利用相变换热的微通道流动沸腾技术能够实现低流阻，但汽泡动力学行为会导致系统的压力和流量振荡，出现局部烧干而危害器件安全。从流体力学角度，保持流体在微通道内的低雷诺数Re范围内有助于降低泵功，但要满足超高热流密度的散热需求，就必须强化低Re数下微通道内的流动换热。这对于牛顿流体并不可行，因其必须提高流体的惯性才能达到流动失稳(湍流)的条件。
高分子聚合物或者表面活性剂溶液具有粘弹性，属于非牛顿流体。粘弹性流体在正常流动时，内部的分子会自主排列形成规则的网状或胶束结构，研究表明当遇到截面突缩/突扩或流线弯曲时，壁面的强剪切和流体的正应力会将分子结构拉伸和旋转而释放弹性势能，从而引起流动失稳，即弹性湍流。弹性湍流靠粘弹性流体本身性质而非惯性产生，因此能够在极低的Re数下被触发(可低至Re＝10-2量级)。由于弹性湍流的特殊触发机制，使得粘弹性流体在强化微通道换热方面展现出极大的潜力。通过合理设计微通道，诱导粘弹性流体内部微观分子结构拉伸和旋转产生弹性湍流，能够在极低的Re数下强化微通道内的对流换热，这对于微通道流动过程减阻意义重大。
发明内容
针对现有传统微通道液冷散热技术流动阻力大、强化换热代价大的问题，本发明的目的是提供了一种基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器及其制造方法，该换热器具有低流阻、高换热系数、结构紧凑、易实现和可长时间稳定运行等显著优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，包括散热底板和盖板，散热底板和盖板键合密封；
散热底板上设置有工质入口、分液区、若干周期性弯曲-变截面的微槽道、集液区以及工质入口；其中，工质入口设置在散热底板一端，工质出口设置在散热底板的另一端，分液区与工质入口相连通，周期性弯曲-变截面的微槽道一端与分液区相连通，另一端与集液区相连通，集液区与工质出口相连通，相邻微槽道之间设置有微槽道间隔。
本发明进一步的改进在于，工质入口中的工质为高分子聚合物溶液或表面活性剂溶液。
本发明进一步的改进在于，高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯氧化物或聚异丁烯，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或N,N,N-三甲胺-N'-油酸酰亚胺。
本发明进一步的改进在于，高分子聚合物溶液或表面活性剂溶液的质量浓度为0.001％～0.1％。
本发明进一步的改进在于，微槽道呈S形；微槽道沿流动方向的左侧壁面型线满足正弦函数
微槽道沿流动方向的右侧壁面型线满足正弦函数
y1和y2的周期和相位相同，幅值A1≠A2。
本发明进一步的改进在于，微槽道的水力直径为d0＝50～500μm。
本发明进一步的改进在于，微槽道的宽度分布满足
最窄处为Wmin＝a，a＝30～200μm，最宽处为Wmax＝│A1-A2│+a，幅值A1和A2满足A2<A1<5A2。
本发明进一步的改进在于，微槽道间隔的宽度满足
D0＝30～200μm，微槽道间隔的最小宽度Dmin＝30～100μm。
本发明进一步的改进在于，散热底板和盖板的材质均为硅、碳化硅或铝；分液区与工质入口之间以及集液区与工质出口之间均采用圆弧过渡。
一种如上述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：根据微通道结构，制作掩膜版；
步骤二：在散热底板旋涂光刻胶，利用掩膜版遮挡，然后曝光将掩膜版上的二维微通道图形转移至散热底板表面，最后采用反应离子刻蚀工艺，利用反应气体，完成微槽道的制备；
步骤三：采用阳极键合工艺完成散热底板和盖板的密封连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用周期性弯曲-变截面组合微通道结构与粘弹性流体产生协同作用，能够在低Re数的微槽道内产生明显的弹性湍流效应，从而显著强化低Re数下的换热系数。相比于传统方法，本发明不用增加扰流微柱，也不用通过提高流速来形成扰动，因而在相同的换热条件下，能够大幅降低微通道换热器的流动压降和泵功消耗。
进一步地，本发明的微通道结构包含S形走向和周期性渐缩-渐扩两个典型特征：可以达到以下效果：(1)S形走向使流体产生弯曲流线，通道对流体产生的剪切作用利于在微槽道内形成二次流，流体内部分子微结构被拉伸或反转而释放弹性势能，形成弹性湍流；(2)周期性渐缩-渐扩结构将对粘弹性流体产生较大的正应力，从而使微观分子结构被不断拉伸而形成弹性湍流。(3)本发明可以通过调整壁面型线函数y1和y2的周期、幅值差和相位差等参数来形成不同结构尺寸的周期性弯曲-变截面微槽道，既能够实现不同的换热需求，又方便设计和进行数学描述。
进一步地，相比于单一特征，同时具备两个特征的微通道内产生不稳定流动的可能性显著增加，一方面产生弹性湍流的Re数阈值更低，能够进一步降低微通道换热器流阻；另一方面，在相同Re数下，本发明的弯曲-变截面组合微通道的强化效果更好，使微通道换热器具备更高的换热能力。
进一步的，分液区与工质入口、集液区与工质出口之间均采用圆弧过渡以减小流动损失。
进一步的，为防止微槽道在渐扩段形成流动死区，幅值A1和A2应满足A2<A1<5A2。
进一步的，为避免左侧壁面型线和右侧壁面型线重合，同时保证刻蚀精度，选取Wmin＝30～200μm；微槽道间隔的宽度满足
进一步的，为保证微槽道间隔的机械强度，同时充分利用散热底板的空间形成更多流道，选取微槽道间隔的最小宽度Dmin＝30～100μm。
附图说明
图1是本发明的弯曲-变截面组合微通道散热底板三维示意图。
图2是本发明的弯曲-变截面组合微通道散热底板俯视图。
图3是本发明的微槽道的结构示意图。其中，(a)为微槽道的俯视图，(b)为微槽道的立体结构示意图。
图4是本发明的弯曲-变截面组合微通道散热器盖板示意图。
其中，1、散热底板；2、工质入口；3、分液区；4、微槽道；5、集液区；6、工质出口；7、左侧壁面型线；8、右侧壁面型线；9、微槽道间隔；10、盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1至图4，本发明的目的在于利用“弹性湍流能够在超低Re数(可低至Re＝10-2量级)下被触发而形成不稳定流动”的原理，结合特殊设计的周期性弯曲-变截面微槽道，提供了一种具有超低流阻和低泵功的新型微通道换热器，包括工质(工质为粘弹性流体，具体为高分子聚合物或表面活性剂溶液)和微通道散热器。参见图1，微通道散热器由散热底板1和盖板10键合密封形成。散热底板1上设置有工质入口2、分液区3、若干周期性弯曲-变截面微槽道4、集液区5以及工质入口6，其中，工质入口2设置在散热底板1一端，工质出口6设置在散热底板1的另一端，分液区3与工质入口2相连通，周期性弯曲-变截面微槽道4一端与分液区3相连通，另一端与集液区5相连通，集液区5与工质出口6相连通。
散热底板1与发热元件贴合。散热底板上的微槽道呈S形，且具有周期性渐缩-渐扩的变截面特点。微槽道的两侧壁面走向分别满足正弦波函数
和
y1和y2的周期和相位相同，幅值不同(A1≠A2)，在y1和y2的波峰和波谷位置处微槽道宽度分别为最宽和最窄，从而使微槽道同时具备S形走向和渐缩-渐扩的变截面特征。散热底板1和盖板10的材质可为硅、碳化硅或铝。散热底板和盖板采用键合的方式连接。微槽道的水力直径为d0＝50～500μm。
高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯氧化物或聚异丁烯等，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或N,N,N-三甲胺-N'-油酸酰亚胺等。高分子聚合物或表面活性剂溶液的质量浓度为0.001％～0.1％，具有粘弹性。
工质从散热底板1上的工质入口2进入，经分液区3进入平行的周期性弯曲-变截面微槽道4中进行换热升温，然后流出到集液区5中汇集，最后经工质出口6流出。
微槽道4沿流动方向的左侧壁面型线7和右侧壁面型线8满足幅值不同、相位和周期相同的两个正弦函数；
一种基于弹性湍流的微通道液冷换热器制造方法，包括以下步骤：
步骤一：根据已设计的上述结构的微通道结构，制作掩膜版；
步骤二：经过深度清洗去除散热底板表面附着物，在散热底板旋涂光刻胶，利用掩膜版遮挡，然后曝光将掩膜版上的二维微通道图形转移至散热底板表面，最后采用反应离子刻蚀工艺，选择合适的反应气体，完成微槽道的制备，通过控制反应时间和反应条件控制微槽道深度。
步骤三：采用阳极键合工艺完成散热底板1和盖板10的密封连接。
本发明的周期性弯曲-变截面微槽道具备使流线弯曲和渐缩-渐扩结构，能够给粘弹性流体施加较大的正应力和剪切力，成为诱导弹性湍流的有利条件，并能够最大限度地激发粘弹性流体的不稳定性，从而大大强化微槽道内低Re数层流区的换热过程，并能够大幅降低流动压降和节约泵功。
下面结合实施例对本发明做详细描述。
本发明包括散热底板1和在散热底板1上利用反应离子刻蚀工艺制备的工质流动结构，分别是工质入口2、分液区3、平行排布的微槽道4、集液区5和工质出口6，刻蚀深度相同。每条微槽道4的左侧壁面型线7和右侧壁面型线8分别由相位和周期相同的正弦波函数
和
确定。参见图2和图4，散热底板1和盖板10的长度A和宽度B由散热面的尺寸确定，本实施例中A＝20mm，宽度B＝10mm，微槽道4的长度E＝12mm，宽度F＝6mm。工质入口2和工质出口6的长度L＝2mm，宽度W＝4mm，高度H＝200～500μm；分液区3与集液区5结构参数完全相同；分液区3与工质入口2、集液区5与工质出口6之间均采用圆弧过渡以减小流动损失；参见图3中的(a)和(b)，微槽道4沿工质流动方向的宽度分布满足
最窄处为Wmin＝a，最宽处为Wmax＝│A1-A2│+a，为防止微槽道4在渐扩段形成流动死区，幅值A1和A2应满足A2<A1<5A2；为避免左侧壁面型线7和右侧壁面型线8重合，同时保证刻蚀精度，选取Wmin＝30～200μm；微槽道间隔9的宽度满足
D0＝30～200μm，为保证微槽道间隔9的机械强度，同时充分利用散热底板1的空间形成更多流道，选取微槽道间隔9的最小宽度Dmin＝30～100μm。
本发明利用周期性弯曲-变截面组合微通道结构与粘弹性流体产生协同作用，能够在低Re数的微槽道内产生明显的弹性湍流效应，从而显著强化低Re数下的换热系数。相比于传统方法，本发明不用增加扰流微柱，也不用通过提高流速来形成湍流，因而在相同的换热条件下，能够大幅降低微通道换热器的流动压降和泵功消耗。
Claims (10)
1.基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，包括散热底板(1)和盖板(10)，散热底板(1)和盖板(10)键合密封；
散热底板(1)上设置有工质入口(2)、分液区(3)、若干周期性弯曲-变截面的微槽道(4)、集液区(5)以及工质入口(6)；其中，工质入口(2)设置在散热底板(1)一端，工质出口(6)设置在散热底板(1)的另一端，分液区(3)与工质入口(2)相连通，周期性弯曲-变截面的微槽道(4)一端与分液区(3)相连通，另一端与集液区(5)相连通，集液区(5)与工质出口(6)相连通，相邻微槽道(4)之间设置有微槽道间隔(9)。
2.根据权利要求1所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，工质入口(2)中的工质为高分子聚合物溶液或表面活性剂溶液。
3.根据权利要求2所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯氧化物或聚异丁烯，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或N,N,N-三甲胺-N'-油酸酰亚胺。
4.根据权利要求2所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，高分子聚合物溶液或表面活性剂溶液的质量浓度为0.001％～0.1％。
5.根据权利要求1所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，微槽道(4)呈S形；微槽道(4)沿工质流动方向的左侧壁面型线(7)满足正弦函数
微槽道(4)沿流动方向的右侧壁面型线(8)满足正弦函数
y1和y2的周期和相位相同，幅值A1≠A2。
6.根据权利要求4所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，微槽道(4)的水力直径为d0＝50～500μm。
7.根据权利要求4所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，微槽道(4)的宽度分布满足
最窄处为Wmin＝a，a＝30～200μm，最宽处为Wmax＝│A1-A2│+a，幅值A1和A2满足A2<A1<5A2。
8.根据权利要求7所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，微槽道间隔(9)的宽度满足
D0＝30～200μm，微槽道间隔(9)的最小宽度Dmin＝30～100μm。
9.根据权利要求1所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器，其特征在于，散热底板(1)和盖板(10)的材质均为硅、碳化硅或铝；分液区(3)与工质入口(2)之间以及集液区(5)与工质出口(6)之间均采用圆弧过渡。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的基于弹性湍流的超低流阻微通道液冷换热器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据微通道结构，制作掩膜版；
步骤二：在散热底板旋涂光刻胶，利用掩膜版遮挡，然后曝光将掩膜版上的二维微通道图形转移至散热底板表面，最后采用反应离子刻蚀工艺，利用反应气体，完成微槽道的制备；
步骤三：采用阳极键合工艺完成散热底板(1)和盖板(10)的密封连接。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968342A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-15 | 西安交通大学 | 一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构 |
| CN113148940A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-07-23 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 具有梳齿状折流凸起结构的微通道散热器及其制备方法 |
| CN113446883A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-28 | 西安交通大学 | 一种基于弹性湍流的双流体回路错排波型微通道散热器 |
| CN115077267A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-09-20 | 中国核动力研究设计院 | 换热构件和冷凝器 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010026165A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-10-04 | Sri International | Monolithic electroactive polymers |
| US20020144600A1 (en) * | 2000-06-06 | 2002-10-10 | Tegrotenhuis Ward E. | Conditions for fluid separations in microchannels, capillary-driven fluid separations, and laminated devices capable of separating fluids |
| US20060139882A1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-06-29 | Kazuyuki Mikubo | Cooler for electronic equipment |
| CN101090766A (zh) * | 2004-11-03 | 2007-12-19 | 维罗西股份有限公司 | 迷你通道和微通道中的局部沸腾 |
| CN102620590A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-01 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种微通道热沉及微通道热沉性能测试装置 |
| CN203523219U (zh) * | 2013-07-05 | 2014-04-02 | 郑州大学 | 微尺寸超临界co2制冷散热器 |
| CN103954162A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-07-30 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种强化微通道换热的低阻水力空化结构 |
| CN207287463U (zh) * | 2017-04-10 | 2018-05-01 | 黑龙江科技大学 | 一种基于表面纳米气泡降低流体流动阻力的微通道 |
-
2020
- 2020-05-08 CN CN202010383793.5A patent/CN111463179B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010026165A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-10-04 | Sri International | Monolithic electroactive polymers |
| US20020144600A1 (en) * | 2000-06-06 | 2002-10-10 | Tegrotenhuis Ward E. | Conditions for fluid separations in microchannels, capillary-driven fluid separations, and laminated devices capable of separating fluids |
| US20060139882A1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-06-29 | Kazuyuki Mikubo | Cooler for electronic equipment |
| CN101090766A (zh) * | 2004-11-03 | 2007-12-19 | 维罗西股份有限公司 | 迷你通道和微通道中的局部沸腾 |
| CN102620590A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-01 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种微通道热沉及微通道热沉性能测试装置 |
| CN203523219U (zh) * | 2013-07-05 | 2014-04-02 | 郑州大学 | 微尺寸超临界co2制冷散热器 |
| CN103954162A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-07-30 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种强化微通道换热的低阻水力空化结构 |
| CN207287463U (zh) * | 2017-04-10 | 2018-05-01 | 黑龙江科技大学 | 一种基于表面纳米气泡降低流体流动阻力的微通道 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 魏进家等: "表面活性剂湍流减阻研究进展", 《化工进展》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968342A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-15 | 西安交通大学 | 一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构 |
| CN113148940A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-07-23 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 具有梳齿状折流凸起结构的微通道散热器及其制备方法 |
| CN113148940B (zh) * | 2021-01-15 | 2023-06-16 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 具有梳齿状折流凸起结构的微通道散热器及其制备方法 |
| CN113446883A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-28 | 西安交通大学 | 一种基于弹性湍流的双流体回路错排波型微通道散热器 |
| CN115077267A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-09-20 | 中国核动力研究设计院 | 换热构件和冷凝器 |
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| Publication number | Publication date |
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