CN115200405B - 一种强化换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化换热装置，它包括导流超疏水芯体和导热槽道，该导热槽道的内壁面上设有沸腾微结构，该导流超疏水芯体置于导热槽道内，该导流超疏水芯体的外壁面上攻有若干条相互平行的螺旋带状的具有超疏水性的凹槽。通过凹槽控制沸腾气泡的运动行径，大量沸腾气泡在凹槽内运动形成沸腾气泡流，周围换热介质强烈扰动，从而有效增强换热性能。
Description
技术领域
本发明涉及强化换热领域，尤其涉及一种强化换热装置。
背景技术
随着大数据时代的降临，对于数据信息处理的时效性要求越来越高，芯片作为处理数据信息的关键部件，随着集成度的增加及功率的增加，芯片内部的温度也伴随着摩尔定律呈现升高的趋势，发热量也越来越大，散热问题日益显著，开发高效的热管理技术已成为机电设备领域的重要研究内容。
传统风冷散热技术已不能够很好的满足使用需求，液冷技术温度传递更快、热量带走更多，已广泛应用在电子芯片和服务器等IT设备的散热领域。沸腾传热作为重要的液冷技术，是指热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程，在壁面加工沸腾微结构可使得沸腾传热系数提高十几倍至几十倍。很多研究基于改变加热面沸腾微结构来提高沸腾换热效果，如将细小金属颗粒沉积在金属板上，制成多孔表面；采用复合式微结构和表面湿润性相协同；优化微结构参数尺寸等，但很少对产生的沸腾气泡做后续处理，如果加以控制沸腾气泡运动路径，实现有序化的汽液分离，并利用沸腾气泡产生的沸腾气泡流对换热介质进行扰流，将更有利于换热效果的强化，可将换热系数进一步提高15％-30％。
发明内容
本发明提供了一种强化换热装置，其克服了背景技术中所述的现有技术缺少对沸腾气泡的后续处理，导致换热系数无法进一步提高的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种强化换热装置，它包括导流超疏水芯体和导热槽道，该导热槽道的内壁面上设有沸腾微结构，该导流超疏水芯体置于导热槽道内，该导流超疏水芯体的外壁面上攻有若干条相互平行且均匀间隔的螺旋带状的凹槽，该凹槽具有超疏水性。
一实施例之中：该沸腾微结构包括布设在该导热槽道内壁面上的多颗粒状体，该多颗粒状体在导热槽道内壁面上呈多条相互平行且均匀间隔的螺旋带状分布。
一实施例之中：该导流超疏水芯体呈中空圆柱状，该导热槽道呈中空柱状。
一实施例之中：该导热槽道的横截面呈方形、圆形或多边形。
一实施例之中：该粒状体的结构为方形、圆形或多边形。
一实施例之中：该导流超疏水芯体上的凹槽的螺旋角为30-70°。
一实施例之中：该导热槽道与导流超疏水芯体之间同轴而置。
一实施例之中：该导热槽道内壁面与导流超疏水芯体外壁面之间的最小距离为1-10mm。
一实施例之中：该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角为30-70°。
一实施例之中：该导流超疏水芯体呈中空圆柱状，该导热槽道呈中空圆柱状，该导流超疏水芯体上的凹槽的螺旋角与该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角相等，螺旋角均为30-70°，该导流超疏水芯体上的凹槽数量与该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的数量相等，该导流超疏水芯体与导热槽道在同一横截面上的螺旋带沿圆周方向错位15-30°。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明在导热槽道内嵌入导流超疏水芯体且在导流超疏水芯体上开设螺旋带状的凹槽，当热源热量传递给导热槽道后，导热槽道上的沸腾微结构将热量转化为沸腾气泡，沸腾气泡上升过程中会附着在导流超疏水芯体上具有超疏水性的螺旋带状的凹槽表面，在换热介质的冲击力和浮力作用下，沸腾气泡会沿着螺旋带状的凹槽快速前进，并在导热槽道末端排出，通过凹槽控制沸腾气泡的运动行径，大量沸腾气泡在凹槽内运动形成沸腾气泡流，强烈扰动周围换热介质，从而有效增强换热性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为强化换热装置的剖视图之一。
图2为图1的横截面视图。
图3为强化换热装置的剖视图之二。
图4为导流超疏水芯体的结构示意图。
图5为强化换热装置的剖视图之三。
具体实施方式
请查阅图1至图4，一种强化换热装置，它包括导流超疏水芯体1和导热槽道2，该导热槽道2的内壁面上设有沸腾微结构21，该导流超疏水芯体1置于导热槽道2内，该导流超疏水芯体1的外壁面上攻有若干条相互平行且均匀间隔的螺旋带状的具有超疏水性的凹槽11。
该沸腾微结构21包括布设在该导热槽道2内壁面上的多颗粒状体，该多颗粒状体在导热槽道2内壁面上呈多条相互平行且均匀间隔的螺旋带状分布。
本实施例中，该粒状体通过在导热槽道2内壁面交错挖槽形成。该多颗粒状体在导热槽道2内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角α为30-70°。
该导热槽道2的材质可以为不锈钢、铜和铝中的一种或多种的组合，导热槽道2可以通过铣削加工工艺实现。沸腾微结构21可以通过飞秒激光加工工艺和精密电化学加工工艺中的一种或多种实现。
该导热槽道2呈中空柱状，该导热槽道2的横截面可呈方形、圆形或多边形，该粒状体的结构可为方形、圆形或多边形。
本实施例的导热槽道2截面形状为圆形，请查阅图2和图3，导热槽道2的长度L设为30-180mm，半径R1为5-20mm，壁厚R1-R3为0.5-3mm。本实施例中，该沸腾微结构21的粒状体之间的槽道深度可设为0.3-1.5mm，沸腾微结构21所位于的导热槽道处的壁面厚度为0.5-3mm。导热槽道上的沸腾结构形成的螺旋带带宽所对应的圆心角γ1＝15-25°。螺旋带深度R2-R3可以为0.3-1.5mm。
导流超疏水芯体1可由3D打印增材方式、精密电化学加工和超精密铣削加工生成。导流超疏水芯体的材质包括不锈钢、铜、石墨和塑料中的一种或多种，优选地，导流超疏水芯体1的材质优选为不锈钢和铜中的一种或多种，因为这更有利于热量的吸收与传递。凹槽11的槽表面可以通过填涂超疏水涂层或进行化学改性使其具有超疏水性。
请查阅图2和图3，该导流超疏水芯体1呈中空圆柱状，该导流超疏水芯体1上的凹槽11的螺旋角β可设为30-70°，该凹槽11的径向深度R4-R5可设为2-5mm，螺旋带状凹槽槽宽所对应的圆心角γ2＝γ1。
该导流超疏水芯体1壁厚R4-R6可以为3-6mm，该导热槽道2与导流超疏水芯体1之间同轴而置且该导热槽道2内壁面与导流超疏水芯体1外壁面之间的最小距离R3-R4为1-10mm。
请查阅图3，该导流超疏水芯体1呈中空圆柱状，该导热槽道2呈中空圆柱状，该导流超疏水芯体1上的凹槽的螺旋角与该多颗粒状体在导热槽道2内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角相等，螺旋角均为30-70°，该导流超疏水芯体1上的凹槽11数量与该多颗粒状体在导热槽道2内壁面上分布形成的螺旋带的数量相等，导流超疏水芯体1与导热槽道2在同一横截面上的螺旋带沿圆周方向错位形成的错位夹角γ3为15-30°。
请查阅图5，上述导热槽道2周面与需要进行沸腾散热的热源直接接触，沸腾微结构21加工在导热槽道2壁面上，可以控制沸腾气泡100成核位点和沸腾气泡大小，导流超疏水芯体1内置在导热槽道2中，沸腾气泡100产生于导热槽道2壁面上的沸腾微结构21处，沸腾气泡100在上升过程中会附着在导流超疏水芯体1上具有超疏水性的螺旋带状的凹槽11内，在换热介质的冲击力和浮力作用下，沸腾气泡100会沿着螺旋带状的凹槽11表面螺旋前进，可以在导热槽道2末端排出，并且大量沸腾气泡100运动形成沸腾气泡流，形成漩涡强烈扰动周围换热介质，从而有效增强换热性能。所述换热介质可以为水、油和纳米流体等，所述换热介质在整个导热槽道内单向流动。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (9)
1.一种强化换热装置，其特征在于：包括导流超疏水芯体和导热槽道，该导热槽道的内壁面上设有沸腾微结构，该导流超疏水芯体置于导热槽道内，该导流超疏水芯体的外壁面上攻有若干条相互平行且均匀间隔的螺旋带状的凹槽，该凹槽具有超疏水性；该沸腾微结构包括布设在该导热槽道内壁面上的多颗粒状体，该多颗粒状体在导热槽道内壁面上呈多条相互平行且均匀间隔的螺旋带状分布。
2.根据权利要求1所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导流超疏水芯体呈中空圆柱状，该导热槽道呈中空柱状。
3.根据权利要求2所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导热槽道的横截面呈方形、圆形或多边形。
4.根据权利要求1所述的一种强化换热装置，其特征在于：该粒状体的结构为方形、圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导流超疏水芯体上的螺旋带状的凹槽的螺旋角为30-70°。
6.根据权利要求2所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导热槽道与导流超疏水芯体之间同轴而置。
7.根据权利要求6所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导热槽道内壁面与导流超疏水芯体外壁面之间的最小距离为1-10mm。
8.根据权利要求1所述的一种强化换热装置，其特征在于：该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角为30-70°。
9.根据权利要求1所述的一种强化换热装置，其特征在于：该导流超疏水芯体呈中空圆柱状，该导热槽道呈中空柱状，该导流超疏水芯体上的凹槽的螺旋角与该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的螺旋角相等，螺旋角均为30-70°，该导流超疏水芯体上的凹槽数量与该多颗粒状体在导热槽道内壁面上分布形成的螺旋带的数量相等，该导流超疏水芯体与导热槽道在同一横截面上的螺旋带沿圆周方向错位15-30°。
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