[发明专利]一种用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置

说明书

本发明提出了一种用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置，主要应用于喷雾冷却或者射流冷却实验台，属于散热测量领域。本发明针对喷雾冷却实验或射流冷却实验中散热的热流密度不好测算的问题，通过改变输入电压调节模拟热源功率和采集导热柱上一维热传导不同截面温度来计算热流密度，设计了一套比较可靠的热源模拟装置。该装置主要包括两部分：陶瓷加热部分和导热柱测算热流密度部分。陶瓷加热部分主要是由硅电子调压器、电参数测量仪、陶瓷加热圈、隔热棉、片状散热体等组成。导热柱测算热流密度部分主要是由导热黄铜柱、热电偶以及隔热棉等组成。本发明装置具有模拟范围广、测算稳定、操作简单安全等优点。

技术领域

本发明属于喷雾冷却实验或者射流冷却实验领域，更具体地说是应用于散热冷却实验平台搭建的可以测算热流密度的模拟热源装置。

背景技术

科技迅速发展，电子高性能芯片、大型雷达、高端服务器等电子元器件的功率密度逐年增长，随之而来的热量堆积和温度增高对设备的使用寿命和性能稳定性有着很大的消极影响。因此在有限空间中的高效散热成为了高性能、高集成电子设备发展的瓶颈。高功率电子设备产生的热量主要通过热传导从封装内部传递到封装外部，然后通过受迫风冷和液冷等冷却方式排放到环境中去。这些常规的散热处理的优点是原理简单、便捷可靠，但在面对高热流电子设备时，换热能力、散热均匀性稍显不足。

喷雾冷却是一种新兴、高效的散热解决方案。相比较传统的热控方法，喷雾冷却具有众多优点：散热能力强、控温响应快、接触热阻小、工质需求少和过热度低。据公开资料，喷雾冷却的最大散热热流甚至可以达到1000W/cm²以上，其应用潜力可以满足下一代高性能大功率电子设备的热控需求。

但喷雾冷却的效果在实际应用过程中受到多种因素的影响，如喷雾角度、喷雾高度、不同的喷雾介质、喷雾的流量等等。为了更好的更合理将喷雾冷却应用到工农业生产中去，搭建实验台研究不同因素对喷雾冷却效果的影响十分重要，而衡量冷却效果很大程度上取决于实验台对散热热流密度的测算和满足不同功率情况下的模拟热源的设计。

发明内容

为了更好的将喷雾冷却应用于生产实际，满足喷雾冷却实验中对不同功率热源的模拟需求和散热导热热流密度测算的实验需求，克服以往方案中的模拟热源情况单一、稳定性不够、安全警报不足的缺陷，使实验台设计更安全可靠同时更稳定，本发明提供了一种可以测算热流密度的模拟热源装置设计方案。

一种用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置，所述的热源模拟装置整体是一个组合结构体，其包括加热部分和导热测量部分；加热部分包括硅电子调压器、电参数测量仪、陶瓷加热圈、隔热棉、片状散热体；市电通过所述硅电子调压器给所述陶瓷加热圈供电，电子调压器和陶瓷加热圈串联于所述电参数测试仪的电流检测部，同时陶瓷加热圈与所述电参数测试仪的电压检测部并联；导热测量部分包括导热柱、热电偶以及隔热棉；所述陶瓷加热圈产生的热量借助所述片状散热体通过热传导传递到导热柱，所述导热柱及发热电阻被多层陶瓷纤维绝热材料包裹隔热，导热柱内部的传热可被认为是一维传热，导热柱的三个不同截面温度由导热柱中的热电偶测量，以得到三个不同截面的温度，再利用傅里叶导热定律计算热流密度。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷加热圈呈现竖直圆周顺序放置，中间为片状散热体，与不锈钢的锅体之间用隔热棉填充。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷加热圈的上端有个圆形凹坑，以便于导热柱结合

作为本发明的进一步改进，所述电子调压器可调节输入的电压以适应不同的实验需要，电参数测试仪上可读出电流、电压参数，并设置一定的电流、电压、电功率安全警报值。

作为本发明的进一步改进，所述导热柱为凸台结构，大端直径为36mm，高度为96mm，小端直径为10mm，高度为5mm，材料为导热系数较高且具有一定的抗氧化性能的黄铜；其结构小端与加热片中间的片状散热体接触，结构大端为发热面，在喷雾或者射流实验中接受工作流体的喷雾或者冲击。