一种用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置的制作方法

本实用新型属于喷雾冷却实验或者射流冷却实验领域，更具体地说是应用于散热冷却实验平台搭建的可以测算热流密度的模拟热源装置。

背景技术：

科技迅速发展，电子高性能芯片、大型雷达、高端服务器等电子元器件的功率密度逐年增长，随之而来的热量堆积和温度增高对设备的使用寿命和性能稳定性有着很大的消极影响。因此在有限空间中的高效散热成为了高性能、高集成电子设备发展的瓶颈。高功率电子设备产生的热量主要通过热传导从封装内部传递到封装外部，然后通过受迫风冷和液冷等冷却方式排放到环境中去。这些常规的散热处理的优点是原理简单、便捷可靠，但在面对高热流电子设备时，换热能力、散热均匀性稍显不足。

喷雾冷却是一种新兴、高效的散热解决方案。相比较传统的热控方法，喷雾冷却具有众多优点：散热能力强、控温响应快、接触热阻小、工质需求少和过热度低。据公开资料，喷雾冷却的最大散热热流甚至可以达到 1000W/cm²以上，其应用潜力可以满足下一代高性能大功率电子设备的热控需求。

但喷雾冷却的效果在实际应用过程中受到多种因素的影响，如喷雾角度、喷雾高度、不同的喷雾介质、喷雾的流量等等。为了更好的更合理将喷雾冷却应用到工农业生产中去，搭建实验台研究不同因素对喷雾冷却效果的影响十分重要，而衡量冷却效果很大程度上取决于实验台对散热热流密度的测算和满足不同功率情况下的模拟热源的设计。

技术实现要素：

为了更好的将喷雾冷却应用于生产实际，满足喷雾冷却实验中对不同功率热源的模拟需求和散热导热热流密度测算的实验需求，克服以往方案中的模拟热源情况单一、稳定性不够、安全警报不足的缺陷，使实验台设计更安全可靠同时更稳定，本实用新型提供了一种可以测算热流密度的模拟热源装置设计方案。

一种用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置，所述的热源模拟装置整体是一个组合结构体，其包括加热部分和导热测量部分；加热部分包括硅电子调压器、电参数测试仪、陶瓷加热圈、隔热棉、片状散热体；市电通过所述硅电子调压器给所述陶瓷加热圈供电，电子调压器和陶瓷加热圈串联于所述电参数测试仪的电流检测部，同时陶瓷加热圈与所述电参数测试仪的电压检测部并联；导热测量部分包括导热柱、热电偶以及隔热棉；所述陶瓷加热圈产生的热量借助所述片状散热体通过热传导传递到导热柱，所述导热柱及陶瓷加热圈被多层陶瓷纤维绝热材料包裹隔热，导热柱内部的传热可被认为是一维传热，导热柱的三个不同截面温度由导热柱中的热电偶测量，以得到三个不同截面的温度，用于利用傅里叶导热定律计算热流密度。

作为本实用新型的进一步改进，所述陶瓷加热圈呈现竖直圆周顺序放置，中间为片状散热体，与不锈钢的锅体之间用隔热棉填充。

作为本实用新型的进一步改进，所述陶瓷加热圈的上端有个圆形凹坑，以便于导热柱结合

作为本实用新型的进一步改进，所述导热柱为凸台结构，大端直径为 36mm，高度为96mm，小端直径为10mm，高度为5mm，材料为导热系数较高且具有一定的抗氧化性能的黄铜；其结构小端与加热片中间的片状散热体接触，结构大端为发热面，在喷雾或者射流实验中接受工作流体的喷雾或者冲击。

作为本实用新型的进一步改进，导热柱三个不同截面与大端发热面的距离分别为2mm、37mm、72mm，每个截面上的小孔直径为2mm，深度分别为 6mm、12mm、18mm，每个截面上的小孔成120°夹角分布，热电偶放置在这些小孔中，以实时采集每个截面的三个不同位置温度。

作为本实用新型的进一步改进，所述导热柱周围用绝热棉包裹住，以保证导热柱的导热是一维传热。

作为本实用新型的进一步改进，所述热电偶为三层T型热电偶。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的优点是(1)装置结构简单，输入电压调节范围大，可以模拟不同功率的热源，满足不同功率下的实验需求；(2)装置结构布置比较紧凑，电参数测试仪可以设置不同报警值，保证实验员的安全，避免因参数设置不合理、操作不规范而导致的危险； (3)装置上的导热黄铜柱三个不同截面的温度由T型热电偶采集，每个截面的温度来自三个深度不同的小孔，能最大程度上减小材料差异性带来的影响。(4)本实用新型中采用的材料都是市场中常见的，易于获得，便于组装。

附图说明

图1是本实用新型的用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置的上半部导热黄铜柱三维视图；

图2是本实用新型的用于喷雾冷却实验系统测算热流密度的热源模拟装置的工作原理示意图，其中，1为热电偶，2为多通道温度测量仪，3 为隔热棉，4为发热陶瓷片，5为硅电子调压器，6为电参数测试仪，7为片状散热体，8为导热黄铜柱。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的用于喷雾冷却实验系统的可以测算热流密度的热源模拟装置主要包括两部分：陶瓷加热部分和导热柱测算热流密度部分。

陶瓷加热部分主要是由硅电子调压器、电参数测试仪、陶瓷加热圈、隔热棉、片状散热体等组成。市电通过硅电子调压器给陶瓷加热圈供电，电子调压器和陶瓷加热圈串联于电参数测试仪的电流检测部，同时陶瓷加热圈与电参数测试仪的电压检测部并联，陶瓷加热圈呈竖直圆周放置，中间为片状散热体(上端有个圆形凹坑以便于导热柱结合)，外围为隔热棉，整体放置在不锈钢的锅体内。

导热柱测算热流密度部分主要是由导热黄铜柱、热电偶以及隔热棉等组成。如图1所示的导热黄铜柱为凸台结构，大端直径为36mm，高度为96mm，小端直径为10mm，高度为5mm，凸出来的小端可以和片状散热体结合；大端表面为发热表面，实验中接受喷雾或者射流冲击；导热黄铜柱三个不同截面与大端发热面的距离分别为2mm、37mm、72mm，每个截面上的小孔直径为2mm，深度分别为6mm、12mm、18mm，每个截面上的小孔成120°夹角分布。热电偶放置在这些小孔中，可以实时采集每个截面的三个不同位置温度。由于导热黄铜柱的导热可以看作一维热传导，可以根据傅里叶定律来得到热流密度。

此装置中的热流密度计算公式为：其中t1、t2是不同截面的平均温度，δ是不同截面之间的距离，λ是黄铜的导热系数为λ＝118W/(m·K)。

如图2所示，本实用新型主要是利用一维热传导傅里叶定律计算热流密度，利用电子调压器改变输入电压以调节模拟热源来实现不同功率热源的模拟。热源散发出热量，通过可以视作一维热传导的黄铜柱传到发热面。在喷雾系统中，喷嘴喷出的介质流体冲击到发热表面，带走热量，升温的流体借助导液斜面流走，回到回收口，进入下一个冷却流程，之后再进入下一步流程。

发热表面与导液斜面的间隙用高温密封条完成密封。热电偶的探头与小孔的间隙用黄铜丝填充以增强稳定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。