一种散热装置、散热系统及散热装置的实验系统和方法与流程

本发明涉及一种散热装置，属于电子设备散热
技术领域：
；同时还公开了一种由该散热装置构成的散热系统、散热装置的实验系统及方法。
背景技术：
：随着电子科学技术的迅速发展，电子设备的功率密度逐渐增大。计算机领域的蓬勃发展，对计算性能的需求日益提高，处理器的频率也越来越高，加之大数据、云计算等概念的兴起，计算机芯片的处理能力要求不断加大，随之带来的问题就是中央处理器(cpu)的发热量也在不断增加，因此对散热器的性能要求越来越高。目前，家用主机散热主要是依靠风冷散热，最大的优点就是安全可靠，但是，一些大公司机房中进行大数据、云计算的服务器仅仅依靠风冷散热不能解决根本的问题。水冷散热是人们提出来的一种新的散热方式。水冷散热装置一般采用微流道散热，依靠冷却液的循环带走需要散热器件的发热量，在微通道散热方面相比风冷来说水冷具有更高效的散热效率。目前，在服务器领域主要采用水冷的方式对其进行散热，像是日前某互联网公司中的云计算服务器散热采用了浸没式水冷散热，即把服务器整个浸没在水，但因冷却液中可能具有一定的腐蚀性，而且浸没式散热令cpu的热量散发较慢。所以研究一种抗腐蚀性强，无须做内防腐处理，散热较快的散热装置是目前亟待解决的问题。水冷散热较风冷散热也存在一定的缺陷：工质泄露问题，所以对于整个系统的密封性要求也是相当高。尽管水冷散热的可靠性存在问题，但由于水比空气的导热系数高，在耗相同的电功率的情况下，水冷比风冷能带走更多的能量。因此，在未来高效散热方式的研究中离不开水冷，但散热装置的材料又是水冷散热要解决的关键问题。所谓射流冲击就是在一定的压差作用下驱动流体通过喷孔高速喷出冲击需要的冷却靶面，由于射流冲击速度快、压力高、黏性边界层很薄、局部换热效率特别高，因此射流冲击具有很高的换热效率。微小通道也称为微通道换热器，就是通道当量直径在10-1000μm的换热器，散热能力相对较强。微小通道和射流冲击都是比较高效的散热方法，将两者结合进行研究，对于解决高热流密度热量排放问题具有重要意义。1)在专利【cn105159421a】中发明了一种笔记本微流道散热装置。它的内部流道设计为波浪形壁面，这种壁面能增大对流体的扰动，使得流体与壁面能够充分进行对流换热。但是该装置散热方式比较单一，仅仅运用微小通道的散热特性，并且装置并没有考虑冷却液的腐蚀性问题，并且这种装置运用在大型服务器的云计算场景下散热性能并不突出，所以设计出一种新型材料和结构的微流道散热器十分必要。2)在专利【cn103996665a】中，发明了一种采用脉动流及波壁微通道的强化散热装置，由微通道热沉和微通道热沉盖板组成，所述微通道散热冷板为矩形薄板，由微通道热沉和微通道热沉盖板组成，该发明装置温度分布均匀，不会出现局部温度过高，散热不均的情况。但是该装置的散热形式也是比较单一，没有考虑到射流冲击与微通道相结合的问题，也没考虑散热器件的材料问题，以及冷却液的腐蚀性问题。综上所述，需要设计发明一种射流冲击与微小通道相结合的散热装置，来改善大型服务器cpu的散热问题。技术实现要素：基于以上技术问题，本发明提供了一种散热装置，从而解决了以往散热装置散热效率差、散热不均及易腐蚀的技术问题；同时，基于该散热装置，本发明还公开了一种由该散热装置构成的散热系统、散热装置的实验系统及方法。为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种散热装置，包括通过防水硅脂依次密封连接的压力腔盖片、射孔板及微小通道基体板；微小通道基体板与射孔板连接的一侧对称开设有第一集液腔和第二集液腔，第一集液腔和第二集液腔之间通过若干个微小通道连通；射孔板与压力腔盖片连接的一侧内凹形成有空腔，空腔通过压力腔盖片密封形成压力腔；压力腔底部贯穿有多个与微小通道对应并连通的射流孔；所述射孔板位于空腔两侧还设置有第一出液口和第二出液口，第一出液口和第二出液口分别连通第一集液腔和第二集液腔，所述压力腔盖片中部还设置有与压力腔连通的进液口。所述微小通道的侧壁呈正弦曲线或余弦曲线设置形成波壁微通道。每个所述微小通道均连通有至少2个射流孔。每个所述微小通道均连通有2个射流孔。在以上技术方案基础上，所述压力腔盖片、射孔板及微小通道基体板均采用铜铝复合材料制成。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明采用将射流冲击与微小通道相结合的方式实现散热，既能利用微小通道换热面积大的特点，又能利用射流冲击局部换热效率高的特点，解决了散热不均的问题，提高了装置整体的换热效率。2、本发明射孔板上同时布置多个射孔形成多束冲击射流的方式散热，每个射流场彼此之间相互影响，进而对整体的流动和换热产生影响，进一步提高散热效果。3、本发明采用的微通道为呈正弦曲线或者余弦曲线结构的波壁微通道，与其它微通道散热结构相比较不但接触面积大，而且流道流速均匀、流速更快、压力损失小，能够最大化的利用散热性能。4、本发明采用的射流孔正对波壁微小通道基体的微通道，这种错位方式的排列能够使散热工质较快的流入波壁微小通道基体，减少能量损失，增加水流效率。5、本发明压力腔盖片、射孔板及微小通道基体板均采用铜铝复合材料，因此结构紧凑，可靠性高，可有效提高大型服务器cpu的散热效果、确保高性能计算，并且抗腐蚀性强，无须做内防腐处理。同时，基于以上散热装置，本发明还提供了一种散热系统，包括蠕动泵、冷却器及上述的散热装置，散热装置的第一出液口和第二出液口通过管道连通冷却器的进水端，冷却器的出水端连通蠕动泵的进水端，所述蠕动泵的出水端通过管道连通散热装置的进液口。本发明的系统结构简单、紧凑，使用方便，自成循环，具有散热效果好、耐腐蚀的有益效果，并且该系统密封性好，可以防止散热工质泄露。其次，基于以上散热装置，本发明还提供了一种散热装置的散热实验系统，包括顺次管道连通的储液箱、流量型智能蠕动泵、过滤阀、上述的散热装置及集液箱，散热装置下方贴合有恒温加热台，恒温加热台设置有带显示面板的温度测试仪，所述散热装置的两端还连接有压差测试仪，压差测试仪连接有数据采集仪。采用以上系统，可很好的检测散热装置的散热效果和效率，方便散热装置的数据采集和结构调整。最后，基于以上散热装置和散热实验系统，本发明还提供了一种散热装置的散热实验方法，该方法包括以下步骤：1)将压力腔盖片、射孔板及微小通道基体板分别使用异丙醇溶剂清洗后通过螺栓固定组装形成上述的散热装置，在三者面接触处涂抹防水硅胶，最后再在储液箱内注入1l冷水作为冷却介质；2)将散热装置通过管道分别连通过滤阀和集液箱；3)将散热装置底部涂上导热硅胶后与恒温加热台相互贴合；4)将恒温加热台的功率设置为409.6w，蠕动泵设置为体积流量，初始流量为400ml/min；5)记录温度测试仪的显示面板上的温度数据和记录数据采集仪上的压力数据；温度数据和压力数据均在稳定后进行记录；6)依次改变蠕动泵的体积流量，体积流量分别改为800ml/min、1200ml/min、1600ml/min及2000ml/min，并重复步骤4)和步骤5)；7)待所有数据测量记录完成，关闭加热台、压差测试仪及数据采集仪电源。通过以上实验方法，可很好的检测和记录散热装置的散热数据，从而方便确定其最佳散热流量和最大散热功率，确定其散热使用条件和范围。附图说明图1为本发明散热装置的装配爆炸图；图2为压力腔盖片的结构示意图；图3为射孔板的结构示意图；图4为微小通道基体板的结构示意图；图5为本发明散热装置的装配图主视图；图6为本发明散热装置的装配图左视图；图7为本发明散热装置的后视图；图8为本发明散热系统的结构示意图；图9所示为散热实验系统的结构示意图；图中标记：1、压力腔盖片；2、射孔板；3、微小通道基体板；4、第一集液腔；5、微小通道；6、第二集液腔；7、射流孔；8、第一出液口；9、空腔；10、第二出液口；11、进液口；12、蠕动泵；13、冷却器。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1如图1-7所示，一种散热装置，包括依次通过防水硅脂密封连接的压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3；微小通道基体板3与射孔板2连接的一侧对称开设有第一集液腔4和第二集液腔6，第一集液腔4和第二集液腔6之间通过若干个微小通道5连通；射孔板2与压力腔盖片1连接的一侧内凹形成有空腔9，空腔9通过压力腔盖片1密封形成压力腔；压力腔底部贯穿有多个与微小通道5对应并连通的射流孔7；所述射孔板2位于空腔两侧还设置有第一出液口8和第二出液口10，第一出液口8和第二出液口10分别连通第一集液腔4和第二集液腔6，所述压力腔盖片1中部还设置有与压力腔连通的进液口11。本实施例的工作原理是：微小通道基体板3与所需散热的大型服务器cpu贴合，进液口11、第一出液口8、第二出液口10与外部液体循环系统连通，液体散热介质通过进液口11注入到压力腔内，液体散热介质在压力腔内挤压增压后通过射流孔7喷射进入微小通道5，液体散热介质通过微小通道5两端分别进入第一集液腔4和第二集液腔6，第一集液腔4和第二集液腔6内液体散热介质则分别通过第一出液口8和第二出液口10将液体散热介质送出进入外部液体循环系统，形成循环散热。本实施例的液体散热介质在微小通道5内流程过程中带走所需散热的电器件热量，并及时通过第一出液口8和第二出液口10将带有热量的液体散热介质排出，通过射流冲击与微小通道相结合的方式，既能利用微小通道换热面积大的特点，又能利用射流冲击局部换热效率高的特点，散热面均匀、散热效率高。由于单束射流容易引起射流与周围交界面产生强烈的波动，因此本实施例采用多束冲击射流的方式，多束射流即射孔板上同时布置多个射孔，每个射流场彼此之间相互影响，进而对整体的流动和换热产生影响，提高了散热效率。本实施例中，在压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3的面接触处可涂抹防水硅胶，进一步提高密封效果。实施例2本实施例在实施例1的技术方案基础上，优化了微小通道结构，具体是：所述微小通道5的侧壁呈正弦曲线或余弦曲线设置形成波壁微通道。本实施例的微通道为波壁微通道，波壁微通道的曲面形状采用正弦曲线或者余弦曲线的新型微流道散热结构，与其它微通道散热结构相比较不但接触面积大，而且流道流速均匀、流速更快、压力损失小，能够最大化的利用散热性能。实施例3本实施例在实施例1或实施例2的技术方案基础上，做了如下优化：每个所述微小通道5均连通有至少2个射流孔7。本实施例中，每个微小通道5内连通多个射流孔7，即可如上所述的每个射流场彼此之间相互影响，进而对整体的流动和换热产生影响，提高换热效果和效率。作为优选的，每个所述微小通道5均连通有2个射流孔7。实施例4本实施例在上述任一实施例的技术方案基础上，做了如下优化：所述压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3均采用铜铝复合材料制成。因大型服务器的cpu散热性能十分重要，所使用的冷却液具有一定的腐蚀性，单一的铜抗腐蚀性较差，由于铜导热性能好、铝散性能好，故外层为纯铜或者紫铜、芯部为铝的复合材料的散热能力与性价比远远高于其它材料。铜铝复合材料强度高、水密性及气密性好、导热好、外观精美、加工简便，因此结构紧凑，可靠性高，可有效提高大型服务器cpu的散热效果、确保高性能计算，并且铜铝复合材料的抗腐蚀性强，无须做内防腐处理。因此铜铝复合材料满足需求，可以达到服务器进行大数据运算时的稳定性，并延长其使用寿命。因此压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3均采用铜铝复合材料制成，不仅可提高散热效果和密封性，同时还可提高装置整体抗腐蚀性和可靠性。实施例5如图1-7，一种散热装置，包括依次密封连接的压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3；微小通道基体板3与射孔板2连接的一侧对称开设有第一集液腔4和第二集液腔6，第一集液腔4和第二集液腔6之间通过若干个微小通道5连通；射孔板2与压力腔盖片1连接的一侧内凹形成有空腔9，空腔9通过压力腔盖片1密封形成压力腔；压力腔底部贯穿有多个与微小通道5对应并连通的射流孔7；所述射孔板2位于空腔两侧还设置有第一出水口8和第二出水口10，第一出水口8和第二出水口10分别连通第一集液腔4和第二集液腔6，所述压力腔盖片1中部还设置有与压力腔连通的进水口11。所述微小通道5的侧壁呈正弦曲线或余弦曲线设置形成波壁微通道；每个所述微小通道5均连通有2个射流孔7。所述压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3均采用铜铝复合材料制成。本实施的压力腔盖片1尺寸为(长×宽×厚)50mm×26mm×1.5mm；其中进水口11内径为φ8，外径为φ11；射孔板2整体尺寸为(长×宽×厚)50mm×50mm×6mm，其中第一出水口8和第二出水口10向外凸出形成凸台，凸台尺寸(长×宽)10mm×10mm，凸台上有一个6mm的螺纹孔用来连接管道；微小通道基体板3尺寸为(长×宽×厚)50mm×50mm×4mm，在微小通道5两侧设置有宽度均为6mm的第一集液腔4和第二集液腔6，工质从微小通道5流出进入第一集液腔4和第二集液腔6后通过射孔板2的流出。除此之外，在微小通道基体板3和射孔板2的四个角处设置有直径为φ3mm的螺纹孔，距边缘均为3.5mm×3.5mm；在射孔板2的四个边角对应位置同样设置有螺纹孔，直径也为3mm，螺纹孔的作用是用来将相应的微小通道基体板3和射孔板2进行连接固定。本实施例散热装置改进了微通道散热板的冷却板结构，仿田地里的流水装置设定的平行的波壁微通道装置，波壁微通道基体采用矩形薄板结构，液体散热介质通过压力腔盖片1上的进水口11进入射孔板2，通过射流孔7射入微小通道5内，由于微小通道5为波壁微通道，增加了液体散热介质与微小通道5的接触面积，能达到更好的散热效果，液体进入微小通道5后，然后通过微小通道5流入第一集液腔4和第二集液腔6排出，达到散热效果。本实施例考虑微小通道5散热面积大，以及射流冲击速度快、压力高、黏性边界层很薄和局部换热效率高的特点，将射流冲击与微小通道相结合能进一步提高换热效率，射流设置为多束射流进一步增加射流冲击效应起到快速散热的目的；与单束射流不同射孔板2上同时布置有多个射流孔7时，每个射流流场彼此之间相互影响，进而对整体的流动和散热产生影响，同时在微小通道5侧壁附近会形成横流，使相邻的射流偏离冲击中心。本发明中波壁微小通道基体3中的通道为波壁微通道，波壁微通道是一种通道侧壁呈正玄曲线或余弦曲线的波浪形的微通道，液体散热介质在微小通道5中流动，经过波浪形的曲折路径，破坏了流体的边界层。与直壁微通道比较，液体散热介质与固体壁面接触面积大大增加，混流扰动更加充分，热交换效率更高。本实施例压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3采用铜铝复合材料制成，从而具有水密性及气密性好、导热好、外观精美、加工简便、结构紧凑及可靠性高的特点，抗腐蚀性强，无须做内防腐处理，便于长久安全使用。实施例6如图8所示，一种散热系统，包括蠕动泵、冷却器及实施例1-4任一实施例或实施例5所述的散热装置，散热装置的第一出液口和第二出液口通过管道连通冷却器的进水端，冷却器的出水端连通蠕动泵的进水端，所述蠕动泵的出水端通过管道连通散热装置的进水口。本实施例通过蠕动泵送液，冷却器冷却，从而可以循环散热，保证系统散热效率，大为提高了cpu的散热效果。实施例7如图9所示，一种散热装置的散热实验系统，包括顺次管道连通的储液箱、流量型智能蠕动泵、过滤阀、实施例1-4任一实施例或实施例5所述的散热装置及集液箱，散热装置下方贴合有恒温加热台，恒温加热台设置有带显示面板的温度测试仪，所述散热装置的两端还连接有压差测试仪，压差测试仪连接有数据采集仪。本实施例中，流量型智能蠕动泵作为驱动部分驱动冷却液体介质循环流动，流量型智能蠕动泵采用保定雷弗流体科技有限公司生产的bt300l流量智能型蠕动泵，流量范围为0.006～1600ml/min，具有启停、全速、正反、调速等功能，可通过彩色触摸屏精准控制流量传输，精度误差在0.5％以内；转速范围0.1～35rap/min，从而满足实验中流量的频繁调节。储液箱作为储液工具存储冷却液体介质，其具有良好密封性能够确保压力测量的准确性，储液箱的材料为不锈钢，具有良好的耐高温氧化、耐腐蚀等特点。上部为进水口，下部为出水口，流量为1.5l。并且带有温度计和流速器，为了保证冷却液体介质循环流动，储液箱内还设置有水泵，水泵型号为sc600型，额定电压为12v-dc，额定功率为18w，最大扬程为5～6m，周大流量为780l/h，连续工作时间>5000h，利用水泵为流量型智能蠕动泵提供助力，辅助液体流动。恒温加热台选用深圳威讯达科技有限公司制定的xmt-2011型智能恒温加热台，整个加热台设置有4个独立的加热热源，采用纯铝材料制作，具有导热系数高、加热快、受热均匀等优点，采用4个独立的可视面板来控制温度，温度加热范围：0～450℃，温度控制精度为1°；温度测试仪集成在加热台内部，可以由显示面板直接读出温度数据。压差测试仪为jyd-ko-bad型压差传感器，压力范围为-100kpa～60mpa，量程为0～400kpa，精度为±0.02％，通过比较传感器两端的压力来输出两侧压力差，另一部分为数据采集仪，用来显示压差传感器测得的压力值，型号为ch6/a-hrtb1，工作电压为200vac±10％，功耗≤7va，误差≤0.5％f.s。实验结果分析：现与现有技术中具有单纯微通道的散热装置进行对比；表1两种散热结构在不同流量下热源面的平均温度流量(ml/min)400800120016002000带射流的微小通道结构55.114637.0234.4133.67微小通道结构95.0975.5668.5162.0762.15从表1可以看出，无论采用哪种散热结构，热源面的平均温度都会随着流量的增加而降低，在相同的流量时，相比普通的微小通道散热，采用带射流的微小通道结构热源面的温度要低很多，这验证了带射流的结构具有良好的散热特性。实施例8如图9所示，一种散热装置的散热实验方法，该方法包括以下步骤：1)将压力腔盖片1、射孔板2及微小通道基体板3分别使用异丙醇溶剂清洗后通过螺栓固定组装形成权利要求1-5任一项所述的散热装置，在三者面接触处涂抹防水硅胶，最后再在储液箱内注入1l冷水作为冷却介质；2)将散热装置通过管道分别连通过滤阀和集液箱；3)将散热装置底部涂上导热硅胶后与恒温加热台相互贴合；4)将恒温加热台的功率设置为409.6w，蠕动泵设置为体积流量，初始流量为400ml/min；5)记录温度测试仪的显示面板上的温度数据和记录数据采集仪上的压力数据；温度数据和压力数据均在稳定后进行记录；6)依次改变蠕动泵的体积流量，体积流量分别改为800ml/min、1200ml/min、1600ml/min及2000ml/min，并重复步骤4)和步骤5)；7)待所有数据测量记录完成，关闭加热台、压差测试仪及数据采集仪电源。如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。当前第1页12