利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020102521028
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种真空腔均热板,包括固定在一起的盖板和底板,底板和盖板之间形成一个密封的真空腔;真空腔内设有相变传热工质;其特征在于:所述盖板的内表面设有阵列式曲面沟槽,且盖板内表面设有超疏水涂层;盖板内表面作为冷凝层;底板作为受热层;底板内表面设有多孔吸水介质,多孔吸水介质所在区域作为储水层;储水层与冷凝层之间空间为蒸发层;所述真空腔的高度为2-4mm,真空腔中相变传热工质的充液率为40-60%;所述的阵列式曲面沟槽包括阵列排布的多个槽口;槽口的侧壁为斜面或曲面,且槽口的底部横截面积小于顶部横截面积;所述的槽口呈正四棱台形、正三棱锥形、半球形或圆锥形;

该真空腔均热板的散热过程如下:

将底板粘附于电子元器件表面;电子元器件发热时,底板底部受热,多孔吸水介质中的液态相变传热工质受热蒸发到达蒸发层,在真空腔内上升至真空腔顶部,到达盖板的冷凝层,冷凝层表面为超疏水涂层,相变传热工质蒸气在超疏水涂层冷凝成相变传热工质液滴,各相变传热工质液滴在重力作用下通过阵列式曲面沟槽的斜面或曲面侧壁加快与周围相变传热工质液滴聚合,并诱导自推进弹跳行为;聚合后所受重力大于粘附力的液滴便脱离盖板,并在重力作用下加速回到多孔吸水介质中,从而完成传热循环过程。

2.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板,其特征在于:所述盖板内表面超疏水涂层的微纳米结构为二级结构,特征尺度为0.1-10μm;所述超疏水涂层通过喷涂附着在盖板内表面,或通过提取动植物超疏水表面进行生长培养后用聚合物固化到盖板内表面。

3.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板,其特征在于:所述超疏水涂层处形成的液滴与超疏水涂层的表观静态接触角大于或等于120°。

4.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板,其特征在于:所述多孔吸水介质为烧结铜粉形成,所述铜粉的平均粒径小于60μm。

5.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板,其特征在于:所述盖板和底板的材料均选用铜,盖板和底板的厚度均为0.5-1mm。

6.根据权利要求1所述的一种真空腔均热板,其特征在于:所述的相变传热工质为一元流体或多元流体;一元流体为去离子水、丙酮、甲醇或乙醇,多元流体为去离子水和乙醇的混合液、去离子水和丙二醇的混合液或去离子水、乙二醇和辛醇的混合液;多元流体中各组分含量不同。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种真空腔均热板的制造方法,其特征在于:该方法具体包括以下步骤:

步骤一、制备底板和多个盖板,盖板和底板的制备过程均为铜板冲压成型;

步骤二、在底板上覆盖一层铜粉,铜粉的平均粒径小于60μm,然后将覆盖铜粉的底板放入800-1000℃的锅炉内烧结,冷却后底板上形成多孔吸水介质;

步骤三、在各盖板内表面开设选好槽口形状的阵列式曲面沟槽,再在各盖板内表面涂上不同几何性质和分布特征的超疏水涂层,选好相变传热工质进行各盖板内表面液滴冷凝试验,观测各盖板内表面非均一尺寸液滴合并诱导自推进过程,然后采用介观模拟方法研究自推进过程中超疏水涂层上液滴动力学行为,分析超疏水涂层对合并诱导自推进过程中自推进弹跳、自推进扫掠和非运动性合并模态下动力学行为间的参数边界的影响,总结超疏水涂层表面传热性能变化规律,得出液滴的能量分配规律,最终选取出传热性能变化规律满足所采用相变传热工质预设要求的、液滴最大弹跳速度达到液滴特征速度60%以上的高传热超疏水涂层所具有的几何性质和分布特征,进而选定任意一块涂有满足要求的超疏水涂层的盖板进入下一步;

步骤四、在步骤三选定的盖板两侧开设两个通孔后,将盖板与底板固定;然后,将位于不同侧的两个通孔与两个金属管道分别连通,且其中一个金属管道与真空泵通过连接管连接,另一个金属管道与三通控制阀的一个口通过连接管连接,三通控制阀的其余两个口分别与注射器和真空压力表通过连接管连接;先控制三通控制阀连通注射器和底板与盖板之间的空腔,通过注射器向底板和盖板之间的空腔内注射液体;注射量达到设置的相变传热工质充液率后,控制三通控制阀连通真空压力表和板与盖板之间的空腔;接着,启动真空泵,开始抽取底板和盖板之间的空腔内空气,当真空压力表读数达到-0.08MPa时,关闭真空泵,将盖板上与真空泵连接的那个金属管道进行封口,再移除真空泵;然后,通过热源对底板进行加热,并采用散热器对底板进行散热,从而反馈调节底板和盖板之间的空腔内压力,当底板和盖板之间的空腔内压力达到相变传热工质的临界气液相变压力时,停止加热,此时底板和盖板之间的空腔内气体被挤压到连接金属管道与三通控制阀的连接管内;最后,将盖板上与三通控制阀连接的金属管道进行封口,再移除三通控制阀、真空压力表和注射器,这些被挤压到与三通控制阀连接的连接管内的没用气体便被排出底板和盖板之间的空腔外;此时,底板和盖板之间的空腔形成真空腔。

8.根据权利要求7所述的一种真空腔均热板的制造方法,其特征在于:观测各盖板内表面非均一尺寸液滴的合并诱导自推进过程具体是:借助光学显微镜和环境扫描电子显微镜对超疏水涂层表面进行观测,并用高速相机拍摄液滴自推进弹跳和跃出超疏水涂层表面的瞬间,对所拍摄图片进行系统性归纳,提取液滴弹跳速度和特征速度,推导液滴运动速度与超疏水涂层的几何性质和分布特征的内在联系。

9.根据权利要求7所述的一种真空腔均热板的制造方法,其特征在于:介观模拟方法第一步是基于光滑耗散粒子动力学方法建立热传导模型,具体如下:对气液、液固界面分别进行设置,气液界面采用多体势能描述气液粒子的相互作用,液固界面采用Bell-shaped权函数法和三线性权函数法描述液固粒子的相互作用,根据不同界面的设置参数和边界条件,得出固体壁面、液滴和周围气体三相之间相互关联的热传导模型;热传导模型建立后,将热传导模型导入求解器,进行求解计算;计算完成后,对计算结果进行后处理,提取液滴尺寸分布情况和三相表面静态接触角参数,提取三相表面静态接触角参数时考虑接触角迟滞;

利用热传导过程中能量守恒推导从非运动性合并到自推进弹跳、非运动性合并到自推进扫掠和自推进弹跳到自推进扫掠过程中单位质量液滴的各项能量随液滴半径的变化曲线;然后保持提取观察的液滴总体积不变,在计算结果后处理中获取液滴平动动能和弹跳速度随合并液滴数目的变化曲线,研究液滴合并数目对液滴弹跳的影响;接着,保持液滴发生合并前的总数目不变,在计算结果后处理中考虑液滴最集中分布位置和液滴最分散分布位置,获取液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度,研究液滴间相对尺寸分布对液滴弹跳的影响;最后将模拟分析得到的液滴平均弹跳速度和最大弹跳速度与液滴冷凝试验中观测到的液滴弹跳速度平均值和最大值进行对比,从而修正热传导模型,最终得到液滴合并释放的表面能与液滴动能之间的转化关系。