高效的多孔热沉装置的散热探究

　　多孔微热沉实验系统所示为多孔微热沉的实验原理图，实验中采用的工质为水电子器件的发热通过模拟加热器来实现，模拟加热器采用紫铜块，外面采用保温材料绝热，通过调压器的调压作用来控制施加在加热器上的热量。加热器的有效加热面积为20mm;10mm，加热器最大加热量为280W，故加热器能提供的热流变化范围为0140W/cm2.系统采用高精度的Aglient34970A综合数据采集仪以及K型热电偶对各点温度进行精确测量，并通过34970ADataLogger采集软件对采集数据进行存储和分析。

　　为多孔微热沉系统的压降随流量的变化关系。多孔微热沉系统的总压降较小，在流量为2.6cm3/s时，其对应的系统压降为9.2kPa，即使在流量6.2cm3/s时，其对应的压降为22.8kPa.所示为流量为5.1cm3/s，从0时刻开启微泵，加热功率200W，即加热热流为100W/cm2，达到平衡后，300s时停止加热时，加热表面的节点温度、平均温度及热沉出口水温度随时间的变换关系。在高热流密度下，多孔微热沉能较快地实现系统平衡，表面温度达到平衡的时间大约为80s，达到稳定温度后，温度的波动较小，同时加热表面能维持较低的温度水平，节点温度的稳定值为55.8℃，平均温度稳定值为50.5℃，出口温度的稳定值为23.1℃。停止加热后，加热表面的温度能够迅速的降低到初始状态，微热沉有较快的反应能力。多孔微热沉的入口水温为13.9℃，通过计算可知被水带走的热量为197.1W，通过导热、对流和辐射损失的热量为2.9W，热量损失占总热量的比例为1.45%，热量损失较小，可以保证实验数据的可靠性。

　　为多孔微热沉平均换热系数在不同的循环水流量下随加热热量的变化关系。从图中可见，多孔微热沉平均换热系数非常大，随着流量的增加，微热沉的换热系数增大，在流量为6.2cm3/s时，换热系数超过了3.5;104W（m2℃），最高达到了3.68;104W（m2℃），其换热能力非常强，能够有效解决高热流密度电子1器件散热的问题。在相同的流量情况下，微热沉换热系数随着加热热量的增加而增加，但增加的幅度很小，这主要是由于热量增加使多孔芯固体骨架的温度升高，流体温度也提升，但是温升较固体骨架小，加大了多孔芯固液间的传热温差，强化了换热。

　　结论本文提出了一种高效的多孔微热沉系统来解决电子元器件由于微型化以及高密集化所带来的高热流密度甚至超高热流密度散热的难题，该系统具有传热能力大，传热效率高以及散热灵活性强等优点。采用孔隙率为0.66，渗透率为6.16;1011m2的不锈钢丝网作为多孔芯，对多孔微热沉进行大量的实验研究，得出了如下结论：1）多孔微热沉对热负荷的响应速度快，达到平衡的时间较短；2）多孔微热沉的节点温度随工质水循环流量增大而降低，微热沉的散热能力强，在流量为5.1cm3/s时，系统的整体压降为17.7kPa，微热沉的散热功率为200W，散热热流高达100W/cm2，对应的节点温度为55.8℃，远远的小于电子器件节点允许的临界温度（100mn;5）℃，微热沉散热能力还能进一步的增加；3）随着Re的增加，多孔微热沉的Nu增大，且增加的幅度越来越大，在多孔微热沉加热功率达到280W，Re为518时，Nu达到最大值323；随着循环流量以及加热功率的增加，微热沉的平均换热系数增加。