[实用新型]热沉加热模块及复合相变传热实验设备

说明书

本实用新型提供一种热沉加热模块及复合相变传热实验设备，该热沉加热模块包括：稳流稳压电源装置以及片状加热器；片状加热器与稳流稳压电源装置电连接，片状加热器和热沉的背面焊接或通过高导热界面材料连接；本实用新型提供的热沉加热模块及复合相变传热实验设备能产生低、中、高及超高的热流密度，经过理论和实际实验检测，热沉加热模块在配套实验元件处于安全、可耐受温度的条件下，最高能产生近5000Wcm^‑2的热流密度，不仅远高于现有的发热器件，且具有结构简单紧凑、装配便捷及成本低廉等优点。

技术领域

本实用新型涉及相变传热技术领域，尤其涉及一种热沉加热模块及复合相变传热实验设备。

背景技术

在平面衬底上加工结构尺寸为几十到几百微米的开放式微通道后，可以形成开放式微通道取热热沉，当其竖直或以一定倾斜角度插入液体工质后，开放式微通道自身结构形成的毛细压力会驱动液体工质在其内部流动，并在微通道内形成较厚液膜区域和薄液膜区域，当开放式微通道取热热沉背部有热流输入时，微通道会发生薄液膜区域内的高强度蒸发传热和较厚液膜区域内的核态沸腾传热两种相变传热模式，是一种高效的复合相变传热技术，其具有很高的换热系数和临界热流密度，能有效解决制约当今电子工业发展的热管理瓶颈问题。当对开放式微通道表面修饰微米结构或纳米结构而形成的基于开放式微通道的复合结构后，其换热系数和临界热流密度会进一步大幅度提高，具有巨大的应用前景。可以将开放式微通道取热热沉和修饰微米结构或纳米结构而形成的基于开放式微通道的复合结构取热热沉统称为开放式微通道基取热热沉。

为了更好地探索开放式微通道基取热热沉复合相变传热的机理，研究并利用高性能的微/纳尺度相变传热技术，需要一种适用于开放式微通道基取热热沉复合相变传热研究的实验装置。该实验装置需要产生超高热流密度，用于研究开放式微通道基取热热沉的临界热流现象，而市场上现成的发热器件主要是加热棒、加热膜、陶瓷加热片等，其热流密度最大值一般为50W cm^-2，极少数发热器件的热流密度能超过100W cm^-2，全球最大的电加热器设计制造厂商的生产的特种加热器高阶陶瓷加热片的热流密度最高也只能到155W cm^-2，无法直接满足微/纳结构表面池内沸腾传热的实验要求，并且价格昂贵，因此实验装置中需要设计能产生超高热流密度的发热模块；实验装置还需要能进行开放式微通道基取热热沉不同倾斜角度下复合相变传热特性的研究，用于揭示倾斜角度对传热特性的影响规律；此外，该实验装置还要能够对开放式微通道基取热热沉内液体工质的润湿和流动特性以及气泡动力学行为进行可视化研究，便于揭示复合相变强化传热的机理。然而，目前还缺乏一种能同时实现以上功能的用于开放式微通道基取热热沉复合相变传热的实验装置。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本实用新型提供一种热沉加热模块及复合相变传热实验设备，以缓解现有的实验装置无法产生超高热流密度，且无法进行热沉在不同倾斜角度下的复合相变传热特性研究，并且无法对液体工质的润湿和流动特性以及气泡动力学行为进行可视化研究的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供一种热沉加热模块，包括：稳流稳压电源装置；以及片状加热器，与所述稳流稳压电源装置电连接，所述片状加热器和热沉的背面焊接或通过高导热界面材料连接。

在本实用新型的一些实施例中，该热沉加热模块还包括：导热元件，与所述片状加热器连接，用于传递热量并增大热流密度，其沿轴线方向依次分为：热源连接段，其外表面贴设所述片状加热器，用于传递所述片状加热器的热量至传热段；以及传热段，与所述热源连接段一体设置，其端部与热沉的背面连接，所述传热段的横截面面积小于所述热源连接段的横截面面积，用于传递所述热源连接段的热量至所述热沉并增大热流密度。