自吸式沸腾
利用气泡生长和膨胀产生的压力变化,自发地向加热面补充液体。
沸腾冷却需要同时解决两个问题:一方面要把产生的蒸汽及时排走,另一方面又要不断向加热面补充新的液体。在高热流密度下,这两股流动容易相互干扰,最终造成干涸并达到临界热流密度。
自吸式沸腾的思路,是不把气泡仅仅看成流动阻力,而是利用气泡生长和膨胀本身来帮助供液。
研究重点
- 利用气泡膨胀促进自发供液
- 排汽通道与供液通道分离
- 利用薄液膜蒸发提高传热
- 低压、朝下加热与3D封装应用
基本原理
在径向扩张流道上设置多孔层。蒸汽沿扩张流道排出,液体则通过多孔层补充到加热面。气泡生长、膨胀过程中产生的瞬态压力差,会促进液体被吸入流道。
把排汽和供液路径分开以后,可以减少传统池沸腾中气液逆向流动造成的干扰。
利用薄液膜蒸发
连续供液使气泡与加热面之间保持很薄的液膜。薄液膜的热阻小,因此液膜蒸发可以提供很高的传热能力。
目前的研究
现在主要研究在更高热流密度下供液能够维持到什么程度,以及在低压、加热面朝下等条件下是否仍然可以稳定工作。同时也在尝试侧面多孔供液和表面润湿性控制。
除了数据中心冷却,这一方法也可能用于3D封装以及对安装方向比较敏感的热管理系统。
相关研究成果
- Shaobo Yang, Sihui Hong, Chaobin Dang, “Self-pumping boiling mechanism bridging passive and active cooling performance,” International Journal of Heat and Mass Transfer (2026).
- Chaobin Dang, Shaobo Yang, Sihui Hong, Yu Chen, “Development of novel self-suction boiling heat exchanger,” TFESC (2023).
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