噴霧冷卻冷板的設計與研究*

張李軍，鐘劍鋒，江守利，江李加

(1. 南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039；2. 中國科學技術大學熱科學與能源工程系， 安徽 合肥 230027)

引 言

隨著科技的發展，電子芯片、雷達等的功率密度越來越大，高熱流密度散熱問題顯得越來越重要。以星載雷達為例，其中一些大功率元件(如微波功率管、大規模集成電路芯片)的熱流密度已達到100 W/cm2，在可預見的將來可達到200 W/cm2，傳統的散熱方式越來越難以滿足要求。而噴霧冷卻具有很高的換熱系數，與其他散熱方式相比，噴霧冷卻具有散熱能力強、冷卻過程中溫差小、工質需求量小、沒有沸騰的滯后性、與固體表面之間沒有接觸熱阻等優點[1-4]，在電子設備方面的應用前景正受到人們的廣泛關注[5]。在高熱流密度電子器件冷卻中，應用噴霧冷卻技術能獲得更低的溫度，使電子器件保持良好的工作狀態。與空冷技術相比，采用噴霧冷卻技術可以使電子元器件的片結溫度降低33 ℃，功耗降低35%。目前國外已出現500 W/cm2電子設備芯片應用液體噴淋冷卻技術的研究成果，并在極端環境下溫度保持在75 ℃以下。噴霧冷卻技術已經成功應用于Cray X-I號超級計算機的電子芯片冷卻[6-7]。

本文基于噴霧冷卻技術，研究了一種集成微型旋流霧化噴嘴的噴霧冷卻冷板。該冷板既能夠滿足高熱流密度散熱要求，又能夠滿足結構緊湊要求。最后通

過一套自行設計的噴霧冷卻熱性能實驗系統研究了噴霧冷卻冷板的換熱性能及其影響因素。

1 噴霧冷卻一體化冷板設計

1.1 微型旋流霧化噴嘴設計

微型旋流霧化噴嘴是噴霧冷卻系統的重要部件，高效的霧化特性能極大地提高噴霧冷卻的散熱性能。……