CN114152132B - 一种基于迪恩涡的微通道换热器 - Google Patents
一种基于迪恩涡的微通道换热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114152132B CN114152132B CN202111385908.5A CN202111385908A CN114152132B CN 114152132 B CN114152132 B CN 114152132B CN 202111385908 A CN202111385908 A CN 202111385908A CN 114152132 B CN114152132 B CN 114152132B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid supply
- plate
- channel
- channels
- corrugated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 123
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
- F28D2021/0029—Heat sinks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于迪恩涡的微通道换热器，该换热器包括盖板、波纹微通道板、等压供排液回路板与底板。盖板为平直的高导热金属板；波纹微通道板为刻蚀加工有波纹微通道的硅板；等压供排液回路板为线切割加工有供排液回路的硅板；底板为焊接有供液接头的金属板。盖板、波纹微通道板、等压供排液回路板与底板四种结构通过键合工艺静电吸附在一起组成微通道换热器。该微通道换热器内的波纹结构可诱发迪恩涡，促进微通道换热器内流体的传热过程，减少微通道换热器的流动压力损失。
Description
技术领域
本发明属于强化换热领域，特别是一种基于迪恩涡效应的微通道换热器。
背景技术
微通道换热器是一类流体通道直径在0.3 mm~2 mm间的高效换热器，可以在较小空间中提供极大的换热面积，实现高热流密度传热过程。并且，由于微通道内流体分子排布较为规律，其传热过程较管道流体传热过程更为高效，具有较大的发展潜力。目前给出的微通道换热器，如专利号CN111900143A与专利号CN209896047U的微通道换热器，采用了平直微通道换热结构，其传热效果一般，需要较大的工质流速并产生较大流动功损失，难以满足大功率激光器与电子设备表面热流密度1000 W/cm2以上的换热需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于迪恩涡效应的微通道换热器。迪恩涡是流体在弯曲流道中流动时受曲率效应影响而产生的涡流，该涡流使流体的速度场与压力场重新分配，有助于提高流体传热传质性能。本发明利用波纹微通道及等压供排液回路诱发微通道内的迪恩涡流，以在低流动阻力下，满足微通道换热器表面的高热流密度换热需要，并维持发热设备正常工作。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于迪恩涡的微通道换热器，包括依次设置的盖板、波纹微通道板、等压供排液回路板及基板；
所述波纹微通道板上设多个等间隔平行设置的波纹形的微通道，用于产生迪恩涡；
所述等压供排液回路板上分别设有多组相互平行的主供液通道与主排液通道；
主供液通道与主排液通道间隔交错设置，相邻主供液通道与主排液通道的间隔距离为波纹形的微通道的一个波动周期；
主供液通道与主排液通道均与波纹微通道相交；
每个主供液通道上等间隔的设置有多个供液分通道，供液分通道向远离主供液通道的供液端口方向依次变长；
每个主排液通道上等间隔的设置有多个排液分通道，排液分通道向远离主排液通道的出液端口依次变长；
相邻供液分通道、相邻排液分通道的间隔距离均为相邻波纹微通道的间隔距离；
所述供液分通道、排液分通道均与波纹微通道相交，相交位置均为波纹微通道的平直段位置，且与平直段内的液体流向平行；
所述基板用于供液和排液。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）本发明通过波纹微通道结构诱发了微通道内流体的迪恩涡，在相同压力损失下获得了更好的传热效果；
（2）通过等压供排液回路，使得波纹微通道两端的供液压力一致，在微通道换热器内产生了相同强度的迪恩涡流，均匀分配了微通道换热器的换热能力。
附图说明
图1为微通道换热器盖板正等轴测图。
图2为微通道换热器波纹微通道板正等轴测图。
图3为微通道换热器等压供排液回路板正等轴测图及俯视图。
图4为微通道换热器波纹微通道板与等压供排液回路板相对位置图。
图5为微通道换热器基板正等轴测图。
图6为微通道换热器***图及装配图。
图7为诱发了迪恩涡后微通道内的压力分布云图与压力梯度曲线。
图8为工作过程中微通道散热器底面温度图。
实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图6，本发明是一种基于迪恩涡的微通道换热器，包括依次设置的盖板1、波纹微通道板2、等压供排液回路板3及基板4；所述盖板1是一块平整的无氧铜薄板；所述波纹微通道板2是一块薄硅板，该硅板采用刻蚀工艺加工有多个等间隔平行设置的波纹形的微通道，所述波纹形的微通道结构是由多组间隔分布的弯头段与平直段组成的中线为波浪线的等宽微通道，平直段连接相邻的弯头段，使用刻蚀工艺加工形成。所述等压供排液回路板3是一块厚硅板，该硅板采用线切割工艺切割出多组相互平行的主供液通道5与主排液通道6，主供液通道5与主排液通道6间隔交错设置，相邻主供液通道5与主排液通道6的间隔距离为波纹形的微通道的一个波动周期距离。主供液通道5与主排液通道6均与波纹微通道相交，且主供液通道5与主排液通道6的流向与波纹微通道的整体长度方向垂直。每个主供液通道5上等间隔的设置有多个供液分通道7，供液分通道7向远离主供液通道5的供液端口方向依次变长。相邻供液分通道7的间隔距离为相邻波纹微通道的间隔距离。每个主排液通道6上等间隔的设置有多个排液分通道8，排液分通道8向远离主排液通道6的出液端口依次变长。相邻排液分通道8的间隔距离为相邻波纹微通道的间隔距离。供液分通道7、排液分通道8均与波纹微通道相交。供液分通道7、排液分通道8设置在波纹微通道波峰与波谷的中间位置（即平直段位置），且与此位置的液体流向平行。所述基板4是一块无氧铜板，该板两侧分别留有供、排液通道，供、排液通道焊接有管道接头，管道接头通过供、排液通道分别与多个主供液通道5和多个主排液通道6连接，进行供液和排液。
进一步的，所述盖板1、波纹微通道板2、等压供排液回路板3及基板4采用键合工艺压制成型并形成完整的流道结构。
进一步的，该微通道换热器工作过程中，流体自基板4输入，经等压供排液回路板3上的主供液通道5输至波纹微通道板2中，主供液通道5近进液端口的供液压力大，但通过供液通道近端更短的供液分通道7节流，使各波纹微通道获得相近的供液流量与供液压力。结合图7，流入波纹微通道的流体在波纹弯角处产生迪恩涡，重新分配流体的压力场并促进了传热过程，在弯角间流动时迪恩涡逐渐减弱，直到在下一个弯角处重新得到强化。排出波纹微通道板2的流体经不同长度的排液分通道8节流，形成压力相近的流场并排出，以避免不同波纹微通道间排液压力不一致而产生逆流。
实施例
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
（1）切割厚度1 mm的无氧铜板制造盖板，盖板表面除毛刺、压平并使用细砂纸打磨光滑；
（2）选用厚度3 mm的P型硅片，使用电化学方法刻蚀宽度0.5 mm的波纹微通道结构，得到 2 mm厚的波纹微通道板；
（3）选用厚度10 mm的硅片，使用线切割方法切割宽度1 mm供排液通道及宽度0.5mm的供排液分通道，得到10 mm厚的等压供排液回路板；
（4）切割2块5 mm厚的无氧铜板制造底板，在铜板的两侧铣削加工供液槽道及键合槽道并焊接供液接管，从而形成底板；
（5）依次使用氢氧化钠、乙醇及去离子水清洗盖板、波纹微通道板、等压供排液回路板及底板，采用键合工艺将这4块板连接在一起，在静电吸附下这四块板连接紧密；
（6）对该波纹微通道换热器进行数值模拟，结果表明，该微通道换热器在迪恩涡的作用下产生了不均匀压力场（图7），在50 W/cm2的高热流密度下，该散热器底面最高温度为121 ℃（图8）。
Claims (8)
1.一种基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，包括依次设置的盖板、波纹微通道板、等压供排液回路板及基板；
所述波纹微通道板上设多个等间隔平行设置的波纹形的微通道，用于产生迪恩涡；
所述等压供排液回路板上分别设有多组相互平行的主供液通道与主排液通道；
主供液通道与主排液通道间隔交错设置，相邻主供液通道与主排液通道的间隔距离为波纹形的微通道的一个波动周期；
主供液通道与主排液通道均与波纹微通道相交；
每个主供液通道上等间隔地设置有多个供液分通道，供液分通道向远离主供液通道的供液端口方向依次变长；
每个主排液通道上等间隔地设置有多个排液分通道，排液分通道向远离主排液通道的出液端口依次变长；
相邻供液分通道、相邻排液分通道的间隔距离均为相邻波纹微通道的间隔距离；
所述供液分通道、排液分通道均与波纹微通道相交，相交位置均为波纹微通道的平直段位置，且与平直段内的液体流向平行；
所述基板用于供液和排液。
2.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述盖板、波纹微通道板、等压供液回路板及基板采用键合工艺压制成型。
3.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述盖板采用无氧铜板。
4.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述波纹微通道板采用硅板。
5.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述等压供排液回路板采用硅板。
6.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述微通道是由多组间隔分布的弯头段与平直段组成。
7.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述微通道使用刻蚀工艺加工形成。
8.根据权利要求1所述的基于迪恩涡的微通道换热器，其特征在于，所述基板采用无氧铜板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111385908.5A CN114152132B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种基于迪恩涡的微通道换热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111385908.5A CN114152132B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种基于迪恩涡的微通道换热器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114152132A CN114152132A (zh) | 2022-03-08 |
| CN114152132B true CN114152132B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=80457320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111385908.5A Active CN114152132B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种基于迪恩涡的微通道换热器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114152132B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104154798A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-11-19 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种新型平面微通道换热器 |
| CN109622078A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-16 | 西安交通大学 | 一种用于非牛顿流体中颗粒单一位置富集的微流控芯片 |
| KR20210085730A (ko) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 고려대학교 산학협력단 | 수냉식 히트싱크 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI400421B (zh) * | 2010-01-14 | 2013-07-01 | Asia Vital Components Co Ltd | Heat exchanger structure |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111385908.5A patent/CN114152132B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104154798A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-11-19 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种新型平面微通道换热器 |
| CN109622078A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-16 | 西安交通大学 | 一种用于非牛顿流体中颗粒单一位置富集的微流控芯片 |
| KR20210085730A (ko) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 고려대학교 산학협력단 | 수냉식 히트싱크 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114152132A (zh) | 2022-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110164835B (zh) | 一种歧管式复杂结构微通道微型散热器 | |
| CN110610911B (zh) | 一种新型三维均匀分流歧管式微通道 | |
| CN106839833B (zh) | 一种印刷电路板式熔盐气体换热器 | |
| EP2455694A2 (en) | Heat exchanger | |
| CN114777542B (zh) | 一种歧管管壳式换热器 | |
| CN110351991B (zh) | 传热基板及散热器结构 | |
| CN103175430A (zh) | 环形微通道换热板 | |
| CN111059929A (zh) | 一种新型翅片结构的微通道换热器 | |
| CN108592665A (zh) | 翅片板式换热器 | |
| CN209896047U (zh) | 一种歧管式复杂结构微通道微型散热器 | |
| CN112944996A (zh) | 一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板 | |
| CN111721151A (zh) | 一种正弦形通道结构印刷电路板式换热器芯体 | |
| CN114152132B (zh) | 一种基于迪恩涡的微通道换热器 | |
| CN213424981U (zh) | 一种双层复杂交错结构微通道热沉 | |
| CN116504737A (zh) | 一种带肋对称正弦波型微通道热沉 | |
| US20110180247A1 (en) | Heat exchanger | |
| CN112146485A (zh) | 一种复合导流结构印刷电路板换热器 | |
| CN106802099A (zh) | 一种换热器 | |
| CN212778792U (zh) | 带导流区和圆角的微通道板式换热器芯体 | |
| RU2584081C1 (ru) | Микроканальный теплообменник | |
| CN113224018A (zh) | 一种低温升局部加密型正弦波纹微通道散热器 | |
| RU2337295C2 (ru) | Пакет пластин теплообменного аппарата | |
| CN111912265A (zh) | 一种交错通道结构耐高压强化传热元件及其制造方法 | |
| CN118280946A (zh) | 一种带有变截面歧管和缩放通道的微通道散热器及*** | |
| CN115966533B (zh) | 一种带有逆流区的歧管式微通道散热器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Hu Dinghua Inventor after: Li Qiang Inventor after: Lin Ken Inventor after: Cao Ning Inventor before: Lin Ken Inventor before: Cao Ning Inventor before: Hu Dinghua Inventor before: Li Qiang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |