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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。

High heat flux beam cooling is difficult to control when flow boiling is effective and parallel boiling flow paths are used. To solve this problem, the radiation channel utilization, flow stabilization, method proposal, high flow stability and heat promotion effect are confirmed. Radial flow path, central part, liquid inflow, radial direction, flow structure Effect of inlet jet flow (flow equalization and backflow prevention effect) and expansion flow path (backflow prevention effect) on phase separation, maintenance of stable liquid film evaporation under low and medium flow conditions, and confirmation of high and medium thermal performance When the inlet is in two-phase state, the inlet temperature is high, the heat transfer rate is high, and the multiple heat sources (CPU, server, server) are in series or parallel, and the cooling is possible. The influence of gravity on the flow distribution and heat transfer performance is ignored. The maximum heat transfer rate of solar cell cooling with 1070 times light concentration is 235kW/m2K when the heat flux is 82.4 W/cm2. In addition, high heat flux, large area of heat source cooling, bubble metal use in the cooler downstream side of the liquid supply structure proposed, downstream side of the heat source to suppress it, more than 2 times the heat promotion is realized. Study on two-phase flow in a rectangular tube with a hydraulic diameter of 1 mm; measurement of the formation conditions of the two-phase flow in a rectangular tube; measurement of the characteristics of the thin liquid film between the walls; When the number of bubbles in the tube is 0.001 or less, the liquid film between the walls is present, and the movement resistance of bubbles is large. When the number of liquid films in rectangular tubes is 0.01, the thickness of liquid film is 10μm, and the flow rate increases.