用于射流冷却的导流肋微通道热沉

本发明属于高功率薄片增益器件散热冷却，特别是一种用于射流冷却的导流肋微通道热沉。

背景技术：

1、高功率器件产生高额热量不能及时散热是制约高功率薄片增益器件发展的瓶颈。面对高功率器件产生高额热量的特点，采用射流冷却的散热方式是目前的主流方式之一。射流冷却是利用喷管将流体加速至高速，喷射出来液体以较高的流速冲击换热面，达到很好的冷却效果。影响射流冷却发展的一个核心问题是射流流体在换热表面的利用问题。高速流体冲击换热表面后，会被换热表面溅射出去，无法与换热表面继续换热，导致换热性能损失。微通道具备流体引流的功能，并且具有较高的换热性能，因此采用射流冷却和微通道结合的热沉结构，可以引导射流冲击区域中的流体进行二次换热，提高换热效率，但是还是无法满足更高效且及时散热的散热需求。

2、射流冷却和微通道结合的热沉，可以使射流流体冲击换热表面后，沿着微通道向换热表面的其他区域流动，进行二次换热，提高换热效率。特别的，如图1所示的一种射流冷却和光管微通道结合的热沉结构，在射流冲击区域中设置光滑的直通道，使流体与换热表面进行二次换热，加强了换热效果。但是，该技术存在两点不合理之处：首先光管微通道换热能力较差，无法满足高热流密度下的散热需求，需要改进结构，其次光管微通道内的流速较低，无法及时排出加热后的流体，会影响散热效率。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于射流冷却的导流肋微通道热沉，利用导流肋将射流的高速流体在分流区域分为上行流体和下行流体，上行流体在压力能的作用下沿着导流肋斜面向下冲击下行流体，产生局部加速作用，提升与换热面的换热能力；利用射流高速流体冲击热沉表面时转化大量的压力能，促进上行流体冲击下行流体，使上行流体和下行流体在合流区域快速混合，促使换热后流体及时向出口区域排出，从而实现新的低温流体快速进入微通道中进行换热，实现高效的换热效率。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种用于射流冷却的导流肋微通道热沉包括位于中心对流换热的射流冲击区域、引导来自射流冲击区域的流体向四周流动的导流肋微通道和位于四周与固定热沉装置接触的热沉固定区域，其中，所述导流肋微通道包括，

3、入口区域，其设于所述导流肋微通道靠近所述射流冲击区域的一端，所述入口区域具有导入来自射流冲击区域的流体的入口，

4、出口区域，其设于所述导流肋微通道靠近所述热沉固定区域的一端，所述出口区域具有将导流肋微通道的流体导出到固定热沉装置内部，所述入口至所述出口形成流体的流动方向，

5、依次交替排布的分流区域和合流区域，其设于入口区域和出口区域之间，分流区域中设有导流肋将流体在分流区域分为上行流体和下行流体，上行流体在压力能的作用下沿着导流肋向下冲击下行流体，上行流体和下行流体在合流区域相汇。

6、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述射流冲击区域的几何形状与几何尺寸和喷管出口面的几何形状与几何尺寸一致。

7、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述导流肋的几何形状为半圆柱体和三棱柱组合而成。

8、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，半圆柱体相比三棱柱更靠近入口。

9、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述分流区域的顶部具有适配于导流肋顶表面的形状，所述形状包括圆弧表面和倾斜表面。

10、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述导流肋的底表面为水平表面。

11、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述导流肋微通道包括单一的分流区域和合流区域。

12、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，上行流体所在流道宽度和下行流体所在流道宽度均为入口区域流道宽度的一半。

13、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，所述流体为单相流。

14、所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉中，射流冲击区域为位于中心的圆形区域，所述热沉固定区域为与所述圆形区域同心的圆环区域，所述导流肋微通道为自所述圆形区域朝圆环区域的径向辐射分布。

15、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明利用导流肋将射流的高速流体在分流区域分为上行流体和下行流体，上行流体在压力能的作用下沿着导流肋斜面向下冲击下行流体，产生局部加速作用，提升与换热面的换热能力；利用射流高速流体冲击热沉表面时转化大量的压力能，促进上行流体冲击下行流体，使上行流体和下行流体在合流区域快速混合，促使换热后流体及时向出口区域排出，从而实现新的低温流体快速进入微通道中进行换热，实现高效的换热效率，本发明适用于单相流在高热流密度下，散热需求强且要求散热速度快时使用。

技术特征：

1.一种用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于：其包括位于中心对流换热的射流冲击区域、引导来自射流冲击区域的流体向四周流动的导流肋微通道和位于四周与固定热沉装置接触的热沉固定区域，其中，所述导流肋微通道包括，

2.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，优选的，所述射流冲击区域的几何形状与几何尺寸和喷管出口面的几何形状与几何尺寸一致。

3.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，所述导流肋的几何形状为半圆柱体和三棱柱组合而成。

4.根据权利要求3所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，半圆柱体相比三棱柱更靠近入口。

5.根据权利要求3所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，所述分流区域的顶部具有适配于导流肋顶表面的形状，所述形状包括圆弧表面和倾斜表面。

6.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，所述导流肋的底表面为水平表面。

7.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，所述导流肋微通道包括单一的分流区域和合流区域。

8.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，上行流体所在流道宽度和下行流体所在流道宽度均为入口区域流道宽度的一半。

9.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，所述流体为单相流。

10.根据权利要求1所述的用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其特征在于，射流冲击区域为位于中心的圆形区域，所述热沉固定区域为与所述圆形区域同心的圆环区域，所述导流肋微通道为自所述圆形区域朝圆环区域的径向辐射分布。

技术总结
公开了一种用于射流冷却的导流肋微通道热沉，其包括热沉固定区域、射流冲击区域、入口区域、分流区域、合流区域和出口区域；其中，所述分流区域靠导流肋实现分流，射流的高速流体流经分流区域分为上行流体和下行流体，上行流体在压力能的作用下沿着导流肋斜面向下冲击下行流体，产生局部加速作用，提升与换热面的换热能力；本公开利用射流高速流体冲击热沉表面时转化大量的压力能，促进上行流体冲击下行流体，使上行流体和下行流体在合流区域快速混合，促使换热后流体及时向出口区域排出，从而实现新的低温流体快速进入微通道中进行换热，实现高效的换热效率。

技术研发人员：杨宇清,王学亮,屈治国,夏毅康
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15