CN114126357B - 一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双相液冷微通道领域，具体公开一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器，双相液冷微通道包括微通道本体，微通道本体内设置多孔结构，多孔结构的高度从微通道本体入口到出口递减，且多孔结构上表面曲线为抛物线，使微通道内气相空间从入口到出口递增。本发明可避免气相流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

Description

一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器

技术领域

本发明涉及双相液冷微通道领域，具体涉及一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器。

背景技术

随着数据中心的发展，为满足不断增长的算力需求，单机柜功率密度越来越高，而当单机柜功率密度达到20kW时风冷系统就已接近其经济有效的制冷极限。在此背景下，低PUE、高解热密度的液冷数据中心散热技术应运而生。

双相冷板式液冷利用工质的汽化相变潜热快速带走热量，无疑具有更高的冷却效率，同时相变潜热远大于显热，循环工质流量更小，循环泵的功耗更低，必然有更低的PUE值。

多通道等高平直并联流道结构和菱形柱状结构应用较广，但由于双相冷板内部流动特性和单相有本质的差异，主要体现在内部存在气液两相流态和干度的动态变化。沿着工质流动方向，气相不断增加，液相不断减少，伴随干度的不断升高，由于蒸汽相的密度远小于液相密度，会出现体积流量急剧增加的现象。常见的多通道等高平直并联流道结构和菱形柱状结构由于流道截面积不变，必然会产生流速急剧增加的现象，同时会发生压力急剧增加的现象。当双相微通道冷板流程末端压力过大会使得气相回流并形成气塞，诱发两相流系统的压力振荡，导致传热恶化及系统压力失控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器，避免流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

第一方面，本发明的技术方案提供一种双相液冷微通道，包括微通道本体，微通道本体内设置多孔结构，多孔结构的高度从微通道本体入口到出口递减，且多孔结构上表面曲线为抛物线。

进一步地，多孔结构包括多个，从微通道本体入口到出口依次排布；

多孔结构上表面曲线为抛物线，具体为：多个多孔结构的上表面曲线相连为抛物线。

进一步地，多孔结构上表面曲线为二次抛物线，多孔结构靠近微通道本体出口的顶点为二次抛物线的原点。

进一步地，多孔结构的孔隙率从微通道本体入口到出口递减，使单位长度内汽化核心数的变化从微通道本体入口到出口保持在一定阈值范围内。

进一步地，多孔结构由泡沫金属或烧结粉末制作。

进一步地，微通道本体的入口端设置两组平行分布的喷嘴或分流器。

第二方面，本发明的技术方案提供一种双相液冷微通道制造方法，微通道本体内多孔结构上表面曲线为二次抛物线，二次抛物线公式为：

y=ax^2+bx+c；

其中，a、b、c分别为二次项系数、一次项系数和常数项系数；

该制造方法包括以下步骤：

根据微通道内干度变化范围、多孔结构制程及微通道安装空间尺寸来选择二次项系数和常数项系数。

进一步地，根据微通道内干度变化范围、多孔结构孔隙率制程及微通道安装空间尺寸来选择二次项系数和常数项系数，具体包括：

微通道内干度变化范围越大，二次项系数取值越大；

根据多孔结构孔隙率制程和微通道安装空间尺寸调整常数项系数。

第三方面，本发明的技术方案提供一种服务器，配置有上述任一项所述的双相液冷微通道。

本发明提供的一种双相液冷微通道及其制造方法、服务器，相对于现有技术，具有以下有益效果：多孔结构的高度从微通道本体入口到出口递减，且多孔结构上表面曲线为抛物线，使微通道内气相空间从入口到出口递增。双相液冷微通道结构内部干度逐渐增加，通过递增上部气相空间来避免流速和压剧增，由于干度为线性增加，气相空间为二次抛物线增加，这样气相空间增加的幅度会大于干度即气相体积的增加幅度，使得微通道内部形成由入口到出口的递减速度场，完全避免了气相的回流和气塞现象。同时，由于气相空间二次抛物线增加使得出口附近产生较低压力场，从而在双相液冷微通道结构出口形成抽吸效应，相当于在双相液冷微通道结构内部增加了自驱力，提高了系统压力的稳定性和可控性。可见本发明可避免气相流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的双相液冷微通道结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的双相液冷微通道轴测图一示意图。

图3是本发明实施例一提供的双相液冷微通道轴测图三示意图。

图4是本发明实施例一提供的双相液冷微通道俯视示意图。

图5是本发明实施例一提供的双相液冷微通道左视示意图。

图6是本发明实施例二和三提供的双相液冷微通道结构示意图。

图中，100-微通道本体，101-微通道本体入口，102-微通道本体出口，200-多孔结构，300-喷嘴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

随着数据中心的发展，为满足不断增长的算力需求，单机柜功率密度越来越高，而当单机柜功率密度达到20kW时风冷系统就已接近其经济有效的制冷极限。在此背景下，低PUE、高解热密度的液冷数据中心散热技术应运而生。双相冷板式液冷利用工质的汽化相变潜热快速带走热量，无疑具有更高的冷却效率，同时相变潜热远大于显热，循环工质流量更小，循环泵的功耗更低，必然有更低的PUE值。多通道等高平直并联流道结构和菱形柱状结构应用较广，但由于双相冷板内部流动特性和单相有本质的差异，主要体现在内部存在气液两相流态和干度的动态变化。沿着工质流动方向，气相不断增加，液相不断减少，伴随干度的不断升高，由于蒸汽相的密度远小于液相密度，会出现体积流量急剧增加的现象。常见的多通道等高平直并联流道结构和菱形柱状结构由于流道截面积不变，必然会产生流速急剧增加的现象，同时会发生压力急剧增加的现象。当双相微通道冷板流程末端压力过大会使得气相回流并形成气塞，诱发两相流系统的压力振荡，导致传热恶化及系统压力失控。

因此，本发明提供一种双相液冷微通道方案，设计一个抛物线形多孔结构使气相空间沿流动方向递增，来避免流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

实施例一

如图1-5所示，本实施例一提供一种双相液冷微通道，包括微通道本体100，图1中右侧为微通道本体入口101，左侧为微通道本体出口102。在微通道本体入口101端设置两组平行分布的喷嘴300（也可以是其他分流器）供冷却液流入。

在微通道本体100内设置多孔结构200，冷却液从微通道本体入口101流入多孔结构200内，之后从微通道本体出口102留出。

本实施例中多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道本体100内上部气相空间从微通道本体入口101到出口102递增。

本实施例提供的双相液冷微通道，多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道内气相空间从入口101到出口102递增。双相液冷微通道结构内部干度逐渐增加，通过递增上部气相空间来避免流速和压剧增，由于干度为线性增加，气相空间为二次抛物线增加，这样气相空间增加的幅度会大于干度即气相体积的增加幅度，使得微通道内部形成由入口101到出口102的递减速度场，完全避免了气相的回流和气塞现象。同时，由于气相空间二次抛物线增加使得出口102附近产生较低压力场，从而在双相液冷微通道结构出口102形成抽吸效应，相当于在双相液冷微通道结构内部增加了自驱力，提高了系统压力的稳定性和可控性。可见本发明可避免气相流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

实施例二

如图6所示，本实施例二提供一种双相液冷微通道，包括微通道本体100，图6中右侧为微通道本体入口101，左侧为微通道本体出口102。在微通道本体入口101端设置两组平行分布的喷嘴300（也可以是其他分流器）供冷却液流入。

在微通道本体100内设置多孔结构200，冷却液从微通道本体入口101流入多孔结构200内，之后从微通道本体出口102留出。

本实施例中多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道本体100内上部气相空间从微通道本体入口101到出口102递增。

为方便制造，本实施例的多孔结构200包括多个，从微通道本体入口101到出口102依次排布。上述多孔结构200上表面曲线为抛物线，具体为：多个多孔结构200的上表面曲线相连为抛物线。即多个多孔结构200相连组成抛物线形。

具体实施时，多孔结构200上表面曲线为二次抛物线，多孔结构200靠近微通道本体出口102的顶点为二次抛物线的原点。对于多个多孔结构200，多个多孔结构200的上表面曲线相连为二次抛物线，最左侧多孔结构200，也就是靠近微通道本体出口102端的多孔结构200左顶点为二次抛物线原点。

多孔结构200可由泡沫金属或烧结粉末制作，当然也根据需要选择其他复合结构等。

本实施例提供的双相液冷微通道，多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道内气相空间从入口101到出口102递增。双相液冷微通道结构内部干度逐渐增加，通过递增上部气相空间来避免流速和压剧增，由于干度为线性增加，气相空间为二次抛物线增加，这样气相空间增加的幅度会大于干度即气相体积的增加幅度，使得微通道内部形成由入口101到出口102的递减速度场，完全避免了气相的回流和气塞现象。同时，由于气相空间二次抛物线增加使得出口102附近产生较低压力场，从而在双相液冷微通道结构出口102形成抽吸效应，相当于在双相液冷微通道结构内部增加了自驱力，提高了系统压力的稳定性和可控性。可见本发明可避免气相流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

实施例三

如图6所示，本实施例二提供一种双相液冷微通道，包括微通道本体100，图6中右侧为微通道本体入口101，左侧为微通道本体出口102。在微通道本体入口101端设置两组平行分布的喷嘴300（也可以是其他分流器）供冷却液流入。

在微通道本体100内设置多孔结构200，冷却液从微通道本体入口101流入多孔结构200内，之后从微通道本体出口102留出。

本实施例中多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道本体100内上部气相空间从微通道本体入口101到出口102递增。

为方便制造，本实施例的多孔结构200包括多个，从微通道本体入口101到出口102依次排布。上述多孔结构200上表面曲线为抛物线，具体为：多个多孔结构200的上表面曲线相连为抛物线。即多个多孔结构200相连组成抛物线形。

具体实施时，多孔结构200上表面曲线为二次抛物线，多孔结构200靠近微通道本体出口102的顶点为二次抛物线的原点。对于多个多孔结构200，多个多孔结构200的上表面曲线相连为二次抛物线，最左侧多孔结构200，也就是靠近微通道本体出口102端的多孔结构200左顶点为二次抛物线原点。

多孔结构200可由泡沫金属或烧结粉末制作，当然也根据需要选择其他复合结构等。

除了使多孔结构200为抛物线形，本实施例的双相液冷微通道的多孔结构200的孔隙率从微通道本体入口101到出口102递减，使单位长度内汽化核心数的变化从微通道本体入口101到出口102保持在一定阈值范围内。

对于多个多孔结构200，可单独设定各个多孔结构200的孔隙率，使整体孔隙率满足从微通道本体入口101到出口102递减，使单位长度内汽化核心数的变化从微通道本体入口101到出口102保持在一定阈值范围内的目的。

本实施例通多孔隙率的递减来增加流道后程部分多孔结构200单位体检的汽化核心数量，使得全流程，即从微通道本体入口101到出口102单位长度内保持几乎一致的汽化核心数量，保持流道前后同样的传热强度，使得热源壳温的均温性最佳。

本实施例提供的双相液冷微通道，多孔结构200的高度从微通道本体入口101到出口102递减，且多孔结构200上表面曲线为抛物线，使微通道内气相空间从入口101到出口102递增。双相液冷微通道结构内部干度逐渐增加，通过递增上部气相空间来避免流速和压剧增，由于干度为线性增加，气相空间为二次抛物线增加，这样气相空间增加的幅度会大于干度即气相体积的增加幅度，使得微通道内部形成由入口101到出口102的递减速度场，完全避免了气相的回流和气塞现象。同时，由于气相空间二次抛物线增加使得出口102附近产生较低压力场，从而在双相液冷微通道结构出口102形成抽吸效应，相当于在双相液冷微通道结构内部增加了自驱力，提高了系统压力的稳定性和可控性。可见本发明可避免气相流速和压力急剧增加的现象，消除气塞及减少两相流的压力振荡，强化传热并提高系统的稳定性。

实施例四

本实施例四提供一种双相液冷微通道制造方法，用于制造上述实施例的双相液冷微通道。

双相液冷微通道的微通道本体100内多孔结构200上表面曲线为二次抛物线，二次抛物线公式为：

y=ax^2+bx+c；

其中，a、b、c分别为二次项系数、一次项系数和常数项系数。需要说明的是，a不等于0。

该实施例的双相液冷微通道制造方法，包括以下步骤：

根据微通道内干度变化范围、多孔结构200制程及微通道安装空间尺寸来选择二次项系数和常数项系数。

具体地，一方面，微通道内干度变化范围越大，二次项系数取值越大；另一方面，根据多孔结构200孔隙率制程和微通道安装空间尺寸调整常数项系数。

当干度变化范围较大时，二次项系数a取值要越大，使得抛物线开口较小，抛物线斜率越大，纵坐标Y随横坐标X的变化越剧烈，达到增加出口102处上部气相空间，减少气体流速的效果。结合多孔结构200孔隙率工艺制程能实现的极限及微通道安装空间尺寸要求调整常数项系数c的取值，c值过小容易导致工艺制程无法实现，过大容易超出安装空间的要求。

需要说明的是，一次项系数b对速度场影响较小，可根据需要或经验进行设置。

通过上述系数设置，设计合适的多孔结构200，达到最佳的递减速度场，完全避免气相回流和堵塞，最终实现系统压力的稳定可控。

实施例五

本实施例五提供一种服务器，该服务器配置上述任一实施例的双相液冷微通道。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种双相液冷微通道，其特征在于，包括微通道本体，微通道本体内设置多孔结构，多孔结构的高度从微通道本体入口到出口递减，且多孔结构上表面曲线为抛物线；

其中，多孔结构包括多个，从微通道本体入口到出口依次排布；所述多孔结构上表面曲线为抛物线，具体为：多个多孔结构的上表面曲线相连为抛物线；

多孔结构上表面曲线为二次抛物线，多孔结构靠近微通道本体出口的顶点为二次抛物线的原点；

二次抛物线公式为：

y=ax^2+bx+c；

其中，a、b、c分别为二次项系数、一次项系数和常数项系数；

根据微通道内干度变化范围选择二次项系数，微通道内干度变化范围越大，二次项系数取值越大；

根据多孔结构孔隙率制程和微通道安装空间尺寸调整常数项系数；

多孔结构上表面曲线为抛物线使微通道内气相空间从入口到出口递增，双相液冷微通道结构内部干度逐渐增加，通过递增上部气相空间来避免流速和压剧增，由于干度为线性增加，气相空间为二次抛物线增加，使得气相空间增加的幅度会大于干度即气相体积的增加幅度，进而使得微通道内部形成由入口到出口的递减速度场，以避免气相的回流和气塞现象；同时，由于气相空间二次抛物线增加使得出口附近产生较低压力场，从而在双相液冷微通道结构出口形成抽吸效应，相当于在双相液冷微通道结构内部增加了自驱力，以提高系统压力的稳定性和可控性。

2.根据权利要求1所述的双相液冷微通道，其特征在于，多孔结构的孔隙率从微通道本体入口到出口递减，使单位长度内汽化核心数的变化从微通道本体入口到出口保持在一定阈值范围内。

3.根据权利要求2所述的双相液冷微通道，其特征在于，多孔结构由泡沫金属或烧结粉末制作。

4.根据权利要求3所述的双相液冷微通道，其特征在于，微通道本体的入口端设置两组平行分布的喷嘴或分流器。

5.一种权利要求1所述的双相液冷微通道制造方法，其特征在于，微通道本体内多孔结构上表面曲线为二次抛物线，二次抛物线公式为：

y=ax^2+bx+c；

其中，a、b、c分别为二次项系数、一次项系数和常数项系数；

该制造方法包括以下步骤：

根据微通道内干度变化范围、多孔结构制程及微通道安装空间尺寸来选择二次项系数和常数项系数。

6.根据权利要求5所述的双相液冷微通道制造方法，其特征在于，根据微通道内干度变化范围、多孔结构孔隙率制程及微通道安装空间尺寸来选择二次项系数和常数项系数，具体包括：

微通道内干度变化范围越大，二次项系数取值越大；

根据多孔结构孔隙率制程和微通道安装空间尺寸调整常数项系数。

7.一种服务器，其特征在于，配置有权利要求1-4任一项所述的双相液冷微通道。