一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵，旋涡泵的出口与加热器入口相连，加热器出口与总流量计入口相连，总流量计出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段，另一路经喷射支路后进入纯流动段，纯流动段出口与池沸腾段入口相连，池沸腾段出口分成两路，一路与第五控制阀连接，另一路与冷凝器入口相连，冷凝器出口与旋涡泵入口相连，完成一个循环，综合了池沸腾、纯流动沸腾和射流冲击沸腾换热的优势，去掉部分重复设备和操作过程，具有操作灵活，控制简单，占地面积小的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子芯片冷却沸腾强化换热
，特别涉及一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置。
技术介绍
随着电子元器件的高度集成化和高频化，传统的风冷等冷却技术已不能满足芯片高散热率的要求，利用沸腾相变换热对芯片进行直接液体冷却是一种有效的冷却方式， 通常的做法是将芯片直接浸在不导电液体中进行沸腾换热，但存在沸腾起始温度偏高等问题，不利于电子器件的启动，因此需要采用强化措施来有效的降低沸腾起始壁面过热度，提高临界热流密度，保证芯片在高热流密度下的临界壁面温度低于85°C，保障电子设备安全可靠运行。对于池沸腾换热而言，芯片浸没在静止的工质中进行换热，临界热流密度值偏低， 增大过冷度可以提高临界热流密度，然而这意味着需要提供较大的过冷度，制冷单元成本增加。而除了过冷度之外，工质流速对换热也有积极的影响。将芯片置于流动通道中，依靠流体对芯片表面的冲刷作用可以实现强化换热的目的，但需要提供额外的动力系统和控制系统，另外，通过高速摄像拍摄的照片发现，临界状态时，流体沿流动方向上对汽膜的破坏作用小，芯片表面被一层汽膜所覆盖，阻碍了冷流体的补充，而射流冲击冷却具有较高的冲击力度，期望可以冲击换热表面，击碎或破坏汽膜，将换热表面的热量迅速带走，从而保证冷流体的补充，维持芯片在高热流密度下的正常换热，进一步提高临界热流密度值，但射流冲击冷却范围小，更适用于局部冷却，而且目前还不能实现对单个芯片进行冷却。大多数文献中，都是针对池沸腾、流动沸腾、射流冲击沸腾中的一种进行实验研究，实验系统体积大， 部分供电和控制操作设备和操作过程重复，实验周期长，使得其强化换热优势受到限制。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，综合了三种换热方式的特点，具有操作灵活，控制简单，占地面积小的优点。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵1，旋涡泵1的出口与加热器2入口相连，加热器2出口与总流量计3入口相连，总流量计3出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段7，另一路经喷射支路后进入纯流动段7，纯流动段出口 14与池沸腾段入口 37相连，池沸腾段出口 38分成两路，一路与第五控制阀21连接，另一路与冷凝器22入口相连，冷凝器22出口与旋涡泵1入口相连，完成一个循环。横流支路包括第一控制阀4和支路流量计5，总流量计3出口一路经第一控制阀4 与支路流量计5入口相连，支路流量计5出口与纯流动段7第一进口 6连通。喷射支路包括第二控制阀9和喷射段10，总流量计3出口另一路经第二控制阀9与喷射段10入口相连，喷射段10出口与纯流动段7第二入口 11相连，喷射段10分为导流管30、稳流室31和喷嘴32三部分，稳流室31为圆柱形内腔，顶部与导流管30连通，侧面与喷嘴32连通，喷嘴32与纯流动段7第二入口 11连通，喷嘴方向与导流管方向垂直，喷射方向与换热面垂直。纯流动段7包括基体23、底座25和密封板M三部分，基体23的侧面设有第一入口 6、第二入口 11和纯流动段出口 14，基体23的顶部设有拍摄孔四，第一芯片观固定在玻璃板沈上，玻璃板沈镶嵌在纯流动段7内，底座25和基体23之间通过0型密封圈27密封，基体23顶部由密封板M密封，三者构成矩形密封通道。池沸腾段18包括容器39、盖板33和密封垫34三部分，容器39的侧面设有容器入口 37，和容器入口 37相对的侧面设有容器出口 38，容器39的侧面还设有橡胶袋17，容器 39的底面设有凸台36，第二芯片35固定于凸台36上，容器39和盖板33之间通过密封垫 34连接形成密封容器，盖板33上开有引出孔40。所述的容器入口 37和容器出口 38均采用开孔结构，容器出口 38高度比容器入口 37高度低，且容器入口 37和容器出口 38横截面积小于容器39横截面积。本专利技术具有以下优点1、本专利技术综合了池沸腾，纯流动沸腾和射流冲击沸腾换热的优势，去掉部分重复设备和操作过程，操作灵活，控制简单，布置紧凑，占地面积小。2、本专利技术中流动段和喷射段的加入，使得流体不断的对换热面进行冲刷，及时带走热量，保证冷流体的供应，降低了池沸腾段因增加过冷度而带来的制冷单元成本的增加， 具有一定的经济效益。3、和池沸腾换热相比，本专利技术中通过提高流速，可以有效的减小芯片表面沸腾时的壁面过热度，提高临界热流密度，强化换热。4、和池沸腾，纯流动沸腾相比，本专利技术中喷射的加入，可以破坏高热流密度时覆盖在换热面上的汽膜，保证换热面与冷流体的接触，延缓临界状态，维持芯片在高热流密度下的换热，进一步提高临界热流密度，强化换热。5、本专利技术中，以微小速度的流体流动来替代池沸腾中通过制冷单元来带走热量的功能，容器入口和出口均采取开孔措施，采用较大的容器出入口管径截面积与容器流动截面积比值，通过调节入口和出口处的阀门，使得池沸腾容器中流体流速尽量的小，以满足池沸腾换热的条件。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术喷射段的结构示意图。图3-1为本专利技术纯流动段的主视剖面图。图3-2为本专利技术纯流动段的俯视剖面图。图4-1为本专利技术池沸腾段的主视剖面图。图4-2为本专利技术池沸腾段的左视剖面图。图5为本专利技术池沸腾段的入口和出口结构示意图。具体实施方法下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。参照图1、图4-1和图4-2，一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵1，旋涡泵1的出口与加热器2入口相连，加热器2出口与总流量计3入口相连，总流量计3出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段7，另一路经喷射支路后进入纯流动段7，纯流动段出口 14经第三控制阀15与池沸腾段入口 37相连，池沸腾段出口 38经第四控制阀20后分为两路，一路与第五控制阀21连接，起到排放工质作用，另一路与冷凝器22 入口相连，冷凝器22出口与旋涡泵1入口相连，完成一个循环，在纯流动段7的第一进口 6 和纯流动段出口 14间串有差压传感器12和第一压力传感器13，测量纯流动段7的出口压力和压力差；参照图1，横流支路包括第一控制阀4和支路流量计5，总流量计3出口一路经第一控制阀4与支路流量计5入口相连，支路流量计5出口与纯流动段7第一进口 6连通；参照图1，喷射支路包括第二控制阀9和喷射段10，总流量计3出口另一路经第二控制阀9与喷射段10入口相连，喷射段10出口与纯流动段7第二入口 11相连，参照图2， 喷射段10分为导流管30、稳流室31和喷嘴32三部分，稳流室31为圆柱形内腔，顶部与导流管30连通，侧面与喷嘴32连通，喷嘴32与纯流动段7第二入口 11连通，喷嘴方向与导流管方向垂直，喷射方向与换热面垂直；通过导流管30将工质导入至稳流室31，待液体充满稳流室后通过稳流室上部的喷嘴32喷出，稳流室一方面可以储存液体，另一方面使得液体在进入喷嘴之前稳定和分布均勻，喷嘴32出口前的充分发展以确保流体在进入喷出之前已充分发展。参照图3-1和图3-2，纯流动段7包括基体23、底座25和密封板M三部分，基体 23的侧面设有第一入口 6、第二入口 11和纯流动段出口 14，基体23的顶部设有拍摄孔四， 通过拍摄孔可实现芯片表面换热的可视化，第一芯片观固定在玻璃板沈上本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵（１），旋涡泵（１）的出口与加热器（２）入口相连，加热器（２）出口与总流量计（３）入口相连，其特征在于：总流量计（３）出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段（７），另一路经喷射支路后进入纯流动段（７），纯流动段出口（１４）与池沸腾段入口（３７）相连，池沸腾段出口（３８）分成两路，一路与第五控制阀（２１）连接，另一路与冷凝器（２２）入口相连，冷凝器（２２）出口与旋涡泵（１）入口相连，完成一个循环。
【技术特征摘要】
1.一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵(1)，旋涡泵(1)的出口与加热器⑵入口相连，加热器⑵出口与总流量计⑶入口相连，其特征在于总流量计(3)出口分成两路，一路经横流支路后进入纯流动段(7)，另一路经喷射支路后进入纯流动段(7)，纯流动段出口(14)与池沸腾段入口(37)相连，池沸腾段出口(38)分成两路，一路与第五控制阀连接，另一路与冷凝器0 入口相连，冷凝器0 出口与旋涡泵(1) 入口相连，完成一个循环。2.根据权利要求1所述的一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，其特征在于所述的横流支路包括第一控制阀(4)和支路流量计(5)，总流量计(3)出口一路经第一控制阀(4)与支路流量计( 入口相连，支路流量计( 出口与纯流动段(7)第一进口(6) 连通。3.根据权利要求1所述的一种多功能电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，其特征在于所述的喷射支路包括第二控制阀(9)和喷射段(10)，总流量计(3)出口另一路经第二控制阀(9)与喷射段(10)入口相连，喷射段(10)出口与纯流动段(7)第二入口(11)相连，喷射段(10)分为导流管(30)、稳流室(31)和喷嘴(3 三部分，稳流室(31)为圆柱形内腔，顶部与导流管(30)连通，侧面与喷嘴(32)连通，喷嘴(32)与纯流动段(7)第二入口 (11)连通，喷嘴方向与导流管方...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏进家，郭栋，张永海，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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