【摘 要】
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随着工艺的进步和元器件性能的提升,设备的发热功耗不断升高,散热效率严重影响器件稳定性、性能和使用寿命,且一些半导体器件性能会随着温度的降低而提高。喷雾冷却具有换热系数高,接触热阻小,流量需求量小的特点,在高热流密度元器件上具有较好的应用前景;喷雾冷却工质中,液氮具有低粘性,蒸发温度低,安全性及稳定性高等优点。本文设计、搭建和调试了一套液氮温区微结构表面强化传热研究实验系统,在此基础上,开展了多组不
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随着工艺的进步和元器件性能的提升,设备的发热功耗不断升高,散热效率严重影响器件稳定性、性能和使用寿命,且一些半导体器件性能会随着温度的降低而提高。喷雾冷却具有换热系数高,接触热阻小,流量需求量小的特点,在高热流密度元器件上具有较好的应用前景;喷雾冷却工质中,液氮具有低粘性,蒸发温度低,安全性及稳定性高等优点。本文设计、搭建和调试了一套液氮温区微结构表面强化传热研究实验系统,在此基础上,开展了多组不同微结构表面和喷射工况下的液氮喷雾冷却实验,获得了不同微结构表面下的液氮喷雾冷却传热特性。本文的主要结论如下:（1）液氮经实心锥喷嘴射流雾化后,整体形态呈纺锤形。随着喷雾压力的增加,喷雾锥角呈先增大后减少的趋势,喷雾锥角在31°～58°范围内变化。喷射压力为0.65MPa时,呈现出58°的最佳喷雾锥角。（2）光滑表面传热实验结果表明:液氮喷雾高度的减少有利于换热热流密度的增加,但是相应的表面温度均匀性会变差。喷雾高度为15mm,25mm时,光滑表面所能达到的最大热流密度分别为86.63 W/cm~2,80.79 W/cm~2。（3）与光滑表面相比,不同深度的直翅化微结构表面均能有效增强液氮喷雾冷却换热效果,但是会导致表面温度均匀性变差。随着沟槽深度从0.45mm增加到1.1mm,换热效果呈先增强后减弱的趋势。（4）直翅化、复合型微结构表面均可显著增强液氮喷雾冷却换热效果。其中,槽宽为0.5mm、槽深为0.7mm的直翅化微结构表面所能达到的热流密度最大,与光滑表面相比,最大热流密度提高了20.18%,换热系数提高了64.2%。不同尺寸的直翅化微结构表面总体上换热性能优于复合型微结构表面,但换热表面温度均匀性较差。
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