Development on efficient miniature flat heat pipes for high power electronic cooling

用于高功率电子冷却的高效微型扁平热管的开发

基本信息

批准号：
18F18057
负责人：
党超鋲
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-07-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高熱流束冷却には、マイクロチャネルを用いた流動沸騰が有効であるが、並列沸騰流路を用いる時、各流路の流量が不均一・不安定になりやすく制御することが困難であることが知られている。この問題を対処するため、放射拡張流路利用して流動安定化させる手法を提案し、高い流動安定性及び伝熱促進効果を確認した。放射拡張流路は、中心部に液体が流入させ、半径方向に沿って流れる構造になっている。入口噴流（流量の均等分配及び逆流防止効果）と拡張流路（逆流防止効果）の相乗効果により、低い流量条件でも安定した液膜蒸発が維持され、高い伝熱性能が確認できた。入口二相状態の場合、入口での乾き度が高いほど高い熱伝達率が得られるため、複数の熱源（CPU,サーバー、ラックなど）が直列或いは並列に繋いで同時に冷却することが可能になった。また、重力の影響による流量分配の偏り及び伝熱性能の低下が無視できることを実験的に確認した。集光倍率１０７０倍の太陽電池冷却に適用する時、熱流束が82.4W/cm2条件での最大熱伝達率は235ｋW/m2Kであった。さらに、高熱流束、大面積の熱源を冷却するため，発泡金属を用いて冷却器の下流側に液体を供給する構造を提案し，下流側でのドライアウトを抑制することで，2倍以上の伝熱促進が実現した。マイクロ流路内の二相流動の研究として、水力直径が1㎜の円管と矩形管内のスラグ流の形成条件およびスラグと壁面の間の薄液膜の特性をレーザ共焦点変位計で計測した。円管において、キャピラリー数が0.001以下の場合スラグと壁面の間に液膜が存在しない、気泡の移動抵抗が大きいことを明らかにした。矩形管において、キャピラリー数が0.01までは液膜の厚みが10μｍ程度一定になり、その後流速の増大に従って増加することを明らかにした。

使用微通道的流动沸腾对于高热通量冷却是有效的，但是当使用平行沸腾通道时，每个通道中的流速往往不均匀且不稳定，从而难以控制。为了解决这个问题，我们提出了一种利用径向膨胀通道稳定流动的方法，并证实了高流动稳定性和传热促进效果。径向扩张通道具有液体流入中心并沿径向流动的结构。由于入口射流（流量分布均匀和防回流效果）与扩大通道（防回流效果）的协同作用，即使在低流量条件下也能保持稳定的液膜蒸发，具有较高的传热性能。确认的。在两相入口条件下，入口处的干燥程度越高，传热系数越高，因此可以将多个热源（CPU、服务器、机架等）串联或并联冷却同时。此外，经实验证实，由于重力的影响，流量分布的偏差和传热性能的下降可以忽略不计。应用于1070倍冷凝倍率的太阳能电池冷却时，在热通量82.4W/cm2时最大传热系数为235kW/m2K。此外，为了冷却高热通量和大面积的热源，我们提出了一种使用泡沫金属向冷却器下游侧供应液体的结构，通过抑制下游侧的干涸，实现了传热晋升。作为微通道内两相流的研究，我们利用激光共焦位移测量了水力直径为1 mm的圆管和矩形管内段塞流的形成条件以及渣与壁之间的薄液膜特性。仪表。。研究表明，在圆管中，当毛细管数小于0.001时，渣与管壁之间无液膜，气泡运动的阻力较大。我们发现，在矩形管中，直到毛细管数为0.01时，液膜厚度恒定在10μm左右，然后随着流速的增加而增加。