【資料圖】
隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子芯片的功率密度不斷提高，單位體積發(fā)熱量不斷增大，盡管相應(yīng)的熱管理技術(shù)也在不斷發(fā)展，但仍然存在較大的技術(shù)挑戰(zhàn)，目前常規(guī)冷卻劑和冷卻方法已不能滿足其冷卻要求，急需發(fā)展新的高效冷卻技術(shù)。針對(duì)這一問(wèn)題，研究所傳熱傳質(zhì)研究中心項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出將潛熱型功能熱流體-相變微膠囊懸浮液作為新型冷卻工質(zhì)對(duì)熱輸運(yùn)性能進(jìn)行強(qiáng)化，以解決大功率密度電子芯片的熱管理難題。?
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)潛熱型功能熱流體單相強(qiáng)化傳熱能力進(jìn)行了相關(guān)研究，但關(guān)于其沸騰傳熱特性研究極少。在數(shù)值模擬方面大多是使用均質(zhì)模型，獲得等效熱物性參數(shù)研究其單相強(qiáng)化傳熱特性，尚未見關(guān)于相變微膠囊懸浮液強(qiáng)化沸騰傳熱數(shù)值模擬研究。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)相變微膠囊強(qiáng)化沸騰傳熱的復(fù)合相變傳熱難題，建立CFD-VOF-DPM氣液固耦合復(fù)合相變數(shù)值仿真模型，用等效比熱法對(duì)相變微膠囊內(nèi)部的相變過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，分析了不同微膠囊核心相變溫度下懸浮液強(qiáng)化沸騰傳熱特性，獲得對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和微膠囊顆粒運(yùn)動(dòng)機(jī)制，結(jié)果表明相變微膠囊核心熔點(diǎn)在高于基液沸點(diǎn)后具有更高的沸騰傳熱強(qiáng)化能力，在基液沸騰過(guò)程中，相變微膠囊核心熔化溫度介于壁面與主流溫度之間，近壁區(qū)相變微膠囊在高溫區(qū)與低溫區(qū)之間的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，存在不斷的吸放熱過(guò)程，有效強(qiáng)化的近壁區(qū)對(duì)流換熱。?
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)搭建了可視化相變微膠囊懸浮液流動(dòng)沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了流動(dòng)速度、熱流密度、潛熱型功能熱流體濃度和核心相變溫度等因素對(duì)流動(dòng)沸騰傳熱特性的影響規(guī)律，基液采用3M的Novec 7100，其沸點(diǎn)為61℃。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，相變微膠囊懸浮液由于微米級(jí)顆粒存在強(qiáng)化了沸騰傳熱，在相變微膠囊核心相變溫度高于基液沸點(diǎn)時(shí)具有最高的強(qiáng)化沸騰傳熱特性，與純基液相比換熱系數(shù)最高強(qiáng)化率可達(dá)22.3%，最大臨界熱流密度強(qiáng)化率可達(dá)25%。基于以上數(shù)值仿真與試驗(yàn)測(cè)試研究，揭示了相變微膠囊懸浮液復(fù)合相變強(qiáng)化沸騰傳熱機(jī)理，為電子器件高效冷卻技術(shù)發(fā)展提供了理論支持。?
以上研究得到中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目（No. YJKYYQ20200016）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.?52106117）支持，研究成果已分別發(fā)表在《Numerical Heat Transfer, Part A: Applications》和《Journal of Thermal Science》期刊上。?
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