[发明专利]一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法

说明书

本发明公开了一种微通道换热器流动与相变传热实验测试平台及操作方法，测试平台，包括：基座、两个封装体、铜集热块及微通道实验段；两个封装体采用有机玻璃制作，包括对称设置的第一封装体、第二封装体；封装体一端面为封装端，另一端为自由端；封装端设置有方槽，自由端设置工质进口，工质进口连接工质系统管道；封装体内部设置方箱，方箱两端分别与工质进口及方槽连通；微通道实验段两端分别与第一封装体、第二封装体的方槽配合连接；铜集热块设置在微通道实验段底部，用于加热微通道实验段。本发明能对微通道进出口流体的温度、压力精准测量；提高了微通道均匀且较高的热流密度，能够对微通道内的流体流型进行可视化监测。

技术领域

本发明涉及微通道流动与相变传热技术领域，特别涉及一种微通道换热器流动与传热的实验测试平台及操作方法。

背景技术

作为硅基电子设备的一个重要组成部分，微通道散热器是解决大功率电子设备散热问题的潜在方案，其最大的优势在于高的表面积和体积之比；其换热能力较强，同时也使得设备成本相对较低。早在1981年Tuckerman和Pease提出了微通道技术，其本身的目的在于解决VLSI(very-large-scale integrated超大规模集成电路)的散热问题，该实验的研究对象设定为56微米宽和320微米深的一个微通道系统，该实验奠定了微通道技术的理论基础。而在此基础上，其理论研究从未间断过，主要是从不同的技术角度对微通道技术进行扩展与研究，Samalam基于热阻的关系研究了Tuckerman的集成电路的传热微结构理论，D.Liu and S.V.Garimella等也进一步进行了优化与设计，提出数值计算结果表明，在槽结构建立后，微通道散热器的传热性能可以得到改善。此外，矩形槽的尺寸和矩形的基角的值对流体的流动和传热特性有很大的影响力求找出微通道最合理的尺寸以保证换热能力的最大化。然而，S.V.Garimella，CB Sobhan经过对微通道和微管中流体流动和传热机理进行了大量的理论和实验研究后提出，微通道不同于常规通道，其在摩擦和热传递特性方面都存在着明显的偏离。

随着研究的深入开展，一方面，微通道的实验从最初的流动特性开始向传热特性发展，同时随着高速摄像技术的成熟，使得微通道的实验同时也从不可视化变为可视化，能够具体的监测流体在微通道的流动情况。另一方面，微通道也从水力直径1mm逐步缩减，乃至到20μm。故而，对于能够用于开展微通道实验的平台要求也逐步提高，要求平台必须能够满足均匀加热且单位热流密度足够高，流动稳定压力取值便于校验实验台而有较少的局部阻力损失，和通道可视化，为高速摄像机预留出观察窗口的要求。

目前现有技术的不足表现在：

以目前已申请的专利为例，总体上大部分并未对自己的实验平台进行定量分析，仅仅停留在定性分析的层面上，同时实验平台本身设计上，在实际应用上存在着诸多缺陷。

(一)以授权公告号为CN 203849000 U的中国专利为例，其公开一种平面微通道装置，该设计存在如下问题：

该设计只能进行流动特性的研究，而无法进行传热的特性的研究，因为其并未预留加热装置。

该设计并未评估取压方式对压力准确性的影响，并未进行误差计算，不能保证得出的压力即为准确压力。

该设计将微通道试验件直接夹在两个平面装置之间而后使用六角螺栓进行四角固定，如此设计存在问题为无法保证整个装置两侧的气密性，在装置出口取压孔处应当为负压，如果不能保证气密性会导致空气流入使得整个实验失败。

该设计将微通道试验件直接夹在两个平面装置之间而后使用六角螺栓进行四角固定，如此设计存在问题为微通道试验件放置后，因为一个微通道散热器上有多个微通道，如果未能预先进行键合将每一个通道都独立起来，直接放入两个平面装置仅靠挤压无法保证每个微通道都处于独立状态，使得一个通道的液体有可能通过通道肋与平面装置间的空隙进入另一个通道，如果预先进行玻璃-硅片键合来保证微通道各个独立，又因为使用压力挤压必然导致玻璃破损而无法使用。