CN106524804A - 一种微重力条件下多孔介质散热装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微重力条件下多孔介质散热装置及其方法，所述散热装置包括多孔介质，所述多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，多孔介质下端设有热端金属底板，上端设有冷端金属板，侧面设有金属侧板，多孔介质位于热端金属底板、冷端金属板和金属侧板围成的密闭空间中。由于多孔介质大比表面积、复杂的内部孔隙结构等优良性质，Marangoni对流、相变等方式可以快速地将热端的热量传递到多孔介质区域，整个多孔介质的表面积都将成为散热面，可以大大提高散热效率，多孔介质外部利用喷雾冷却技术进一步增强散热。流体介质选择纳米流体，可强化换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及散热装置领域，更具体地，涉及一种微重力条件下多孔介质散热装置及其方法。
背景技术
目前常用的散热装置存在着换热效率低的缺陷。微重力条件下，当重力的影响极其微弱或不存在时，发生在气液或液液界面上的表面张力梯度驱动的对流，称为Marangoni对流。Marangoni对流可用于散热领域，但目前还缺乏将Marangoni对流应用散热领域的相关技术方案。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
本发明的首要目的是克服现有散热装置存在的散热效率低的缺陷，提供一种换热效率更高的微重力条件下多孔介质散热装置。
本发明的进一步目的是提供一种换热效率更高的微重力条件下多孔介质散热方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种微重力条件下多孔介质散热装置，所述装置包括多孔介质，所述多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，多孔介质下端设有热端金属底板，上端设有冷端金属板，侧面设有金属侧板，热端金属底板下端与发热源连接，多孔介质位于热端金属底板、冷端金属板和金属侧板围成的密闭空间中。
在一种优选的方案中，所述多孔介质的制备是首先利用3D打印机在热端金属底板上先烧结一层小直径的金属颗粒（如铜粉、铝粉等），然后以层次叠喷形式，每层的金属颗粒直径逐层递增，顶部留有一部分空腔，最终打印成多孔介质结构；
在一种优选的方案中，所述纳米流体是由基液（如水、醇等）与纳米尺度的金属粉体（如氧化铝、氧化铜等）混合制备而成的悬浮液。
在一种优选的方案中，所述冷端金属板的上表面设有若干散热片。
在一种优选的方案中，若干散热片均匀排布在冷端金属板的上表面。
在一种优选的方案中，所述散热片上方还设置有用于喷雾的喷头。喷头对散热片进行喷雾冷却，进一步提升散热效果。
一种基于上述微重力条件下多孔介质散热装置的散热方法，包括以下步骤：
S1：热端金属底板将热量传到至多孔介质；
S2：在微重力条件下，多孔介质内纳米流体对流换热；
S3：冷端金属板将热量传到至散热片；
S4：散热片散热；
S5：喷头对散热片进行喷雾冷却，进一步提升散热效果。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种微重力条件下多孔介质散热装置，包括多孔介质，所述多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，多孔介质下端设有热端金属底板，上端设有冷端金属板，侧面设有金属侧板，热端金属底板下端与发热源连接，多孔介质位于热端金属底板、冷端金属板和金属侧板围成的密闭空间中。由于多孔介质大比表面积、复杂的内部孔隙结构等优良性质，Marangoni对流、相变等方式可以快速地将热端的热量传递到多孔介质区域，整个多孔介质的表面积都将成为散热面，可以大大提高散热效率，多孔介质外部利用喷雾冷却技术进一步增强散热。流体介质选择纳米流体，可强化换热效率。本发明还提供基于上述微重力条件下多孔介质散热装置的散热方法。
附图说明
图1为本发明微重力条件下多孔介质散热装置的示意图。
图2为本发明微重力条件下多孔介质散热方法的流程图。
其中：1、发热源；2、热端金属底板；3、金属颗粒；4、金属侧板；5、冷端金属板；6、散热片；7、喷头。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种微重力条件下多孔介质散热装置，所述装置包括多孔介质，所述多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，多孔介质下端设有热端金属底板2，上端设有冷端金属板5，侧面设有金属侧板4，热端金属底板2下端与发热源1连接，多孔介质位于热端金属底板2、冷端金属板5和金属侧板4围成的密闭空间中。
在一种优选的方案中，所述多孔介质的制备是首先利用3D打印机在热端金属底板2上先烧结一层小直径的金属颗粒3（如铜粉、铝粉等），然后以层次叠喷形式，每层的金属颗粒3直径逐层递增，顶部留有一部分空腔，最终打印成多孔介质结构；
所述纳米流体是由基液（如水、醇等）与纳米尺度的金属粉体（如氧化铝、氧化铜等）混合制备而成的悬浮液。
所述冷端金属板5的上表面设有若干散热片6。
若干散热片6均匀排布在冷端金属板5的上表面。
所述散热片6上方还设置有用于喷雾的喷头7。喷头7均匀排布，喷头7对散热片6进行喷雾冷却，进一步提升散热效果。
如图2所示，一种基于上述微重力条件下多孔介质散热装置的散热方法，包括以下步骤：
S1：热端金属底板2将热量传到至多孔介质；
S2：在微重力条件下，多孔介质内纳米流体对流换热；
S3：冷端金属板5将热量传到至散热片6；
S4：散热片6散热；
S5：喷头7对散热片6进行喷雾冷却，进一步提升散热效果。
本发明微重力条件下，首先利用导热性良好的热端金属底板2进行导热，接着利用非均匀多孔介质内纳米流体工质进行换热，然后利用冷端金属板5导热到散热片6，最后采用喷头7进行喷雾冷却。此装置的散热原理是在多孔介质孔隙内流动换热的工质采用纳米流体，液态流体经底部热源加热，吸收潜热相变成气态流体，多孔介质的孔隙率由底部到顶部逐步增大，气相较易地扩散到顶部，接触冷端金属板5后冷凝成液相；由于孔隙率自顶部到底部逐步减小，在多孔介质的表面张力下，经过Marangoni对流，液相流回底部；至此，多孔介质内纳米流体工质完成对流换热过程。其中，当多孔介质热传递到冷端金属板5，再利用规则排列的散热片6进行散热，最后利用喷头7对散热片6进行喷雾冷却；至此，多孔介质外完成第二级的散热过程。可根据不同特征的热源和微重力条件，选择不同换热特性的热端金属底板2、金属颗粒3和纳米流体，组成一个最优的一体化散热装置。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，所述装置包括多孔介质，所述多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，多孔介质下端设有热端金属底板，上端设有冷端金属板，侧面设有金属侧板，热端金属底板下端与发热源连接，多孔介质位于热端金属底板、冷端金属板和金属侧板围成的密闭空间中。
2.根据权利要求1所述的微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，所述多孔介质的制备是首先利用3D打印机在热端金属底板上先烧结一层小直径的金属颗粒，然后以层次叠喷形式，每层的金属颗粒直径逐层递增，顶部留有一部分空腔，最终打印成多孔介质结构。
3.根据权利要求1所述的微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，所述纳米流体是由基液与纳米尺度的金属粉体混合制备而成的悬浮液。
4.根据权利要求1所述的微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，所述冷端金属板的上表面设有若干散热片。
5.根据权利要求4所述的微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，若干散热片均匀排布在冷端金属板的上表面。
6.根据权利要求4所述的微重力条件下多孔介质散热装置，其特征在于，所述散热片上方还设置有用于喷雾的喷头。
7.一种基于权利要求6所述微重力条件下多孔介质散热装置的散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：热端金属底板将热量传到至多孔介质；
S2：在微重力条件下，多孔介质内纳米流体对流换热；
S3：冷端金属板将热量传到至散热片；
S4：散热片散热；
S5：喷头对散热片进行喷雾冷却，进一步提升散热效果。
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