Quantitative Evaluation and Phenomena of Heat Transport and Internal Flow in Environmentally Green Micro Heat Transport Devices

环保绿色微型传热装置传热及内部流动的定量评价及现象

基本信息

批准号：
21K03926
负责人：
齋藤博史
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の並列細管熱輸送デバイスは，作動流体の相変化を利用した外部動力を必要としないパッシブ型の沸騰駆動熱輸送デバイスであり，既存の蛇行細管型ループヒートパイプと異なり，細管部の他にヘッダ構造を持つことで内部流動の自由度を高め，蛇行細管型と比べ高い実効熱伝導率と高い熱輸送量を有している点にある．これまでにデバイスサイズや作動流体の種類などを変化させ，熱輸送量と内部流動の同時計測を行い，熱輸送量と流動様式の関係など，熱輸送特性を調査してきた．本課題では近年のAIブームでさらに要求が高まる小空間での冷却ニーズに対応できる高熱輸送量熱移送システムを実現する為，環境負荷を配慮した環境対応型冷媒を用いた薄型マイクロ並列細管熱輸送デバイスの開発，及び相変化を伴う気液二相流の流動伝熱特性の定量的評価と現象解明を目的とする．今年度は基本形状となる加熱・冷却ヘッダとヘッダ間を繋ぐ矩形溝型複数細管流路をもつテストコアに，作動流体であるアルコール水溶液を脱気封入した内部流動の可視化が可能なプレート型並列細管熱輸送デバイスを用い，半導体発熱を模擬したセラミックヒーターにより局所加熱し，熱輸送量の計測と同時に内部流動の可視化による流動様式の判定を行い，内部流動様式の時空間分布と熱輸送性能の相関関係について調べた．その中では内部流動様式の判定制度の向上を図りつつ，加熱冷却条件をこれまでより広く設定し内部流動様式の出現割合等の変化を評価した．その結果，周期的変動を伴う特徴的な変化が現れることを確認した．また細管部を金属製パイプで構成したパイプ型コアでは形状的特徴を生かし，並列細管熱輸送デバイスのその仕組みを有するピンフィン型ヒートシンクを製作して実験を行い，高いフィン効率を示すことを確認した．

本研究的并联毛细管传热装置是一种利用工质相变的被动沸腾驱动传热装置，不需要外部动力，集箱结构增加了内部流动的自由度，具有较高的流动自由度。比曲流管类型有效的导热性和更高的热传输。到目前为止，我们已经改变了装置尺寸和工质类型，同时测量了热传输量和内部流量，并研究了热传输特性，例如热传输量和流动模式之间的关系。在这个项目中，为了实现一个具有高传热能力的传热系统，可以满足由于最近人工智能热潮而变得更加苛刻的狭小空间的冷却需求，我们将使用薄型微并联细管热管本研究的目的是开发一种装置，定量评估伴随相变的气液两相流的流动传热特性，并阐明其现象。。今年的测试芯具有加热/冷却集管和连接集管的矩形槽式多毛细管流道的基本形状，以及以酒精水溶液作为工作流体进行脱气和密封的板式平行测试芯，使得毛细管热传输装置的内部流动可视化成为可能。使用模拟半导体发热的陶瓷加热器，进行局部加热，在测量传热量的同时，通过可视化内部流动以及内部流动的时空分布之间的相关性来确定流动模式我研究了它的模式和热传输性能。在此过程中，在尝试改进内部流动模式的判断系统的同时，将加热和冷却条件设置得比以前更宽，并评估内部流动模式的出现率的变化。结果，我们确认出现了伴随周期性波动的特征变化。此外，利用管型核心的形状特征，其中细管部分由金属管制成，我们制造了具有与平行细管相同机构的针翅型散热器传热装置，并进行实验并证实其具有较高的翅片效率．．