具有沸腾增强的多芯结构的蒸汽室研究

固体散热器利用传导将热量从热源（如CPU）转移到鳍场；因此，面临重量和体积等设计限制。

此外，传统制造的散热器可能不满足高端应用的热阻规范。作为一种替代方案，可以指定一个蒸汽室来代替一个固体散热器底座。

蒸汽室的工作原理与热管相同，因此它们的使用可以减少由于两个不同截面区域之间的传导传热而产生的扩散阻力。与任何新技术一样，都需要更多的数据来充分描述其性能和限制。

不幸的是，蒸汽室继承了许多与热管有关的限制，如毛细管极限。很难建造一个能够容纳高热流的灯芯，同时提供足够的毛细管压力来对抗重力操作。

本文综述了新型蒸汽室获得的结果，使用多芯结构增强沸腾。基于先前公开的多芯结构，改进的沸点增强多芯（BEMW）结构减少了蒸发器部位的沸腾过热。通过测试验证了BEMW结构的效果。

实验装置

为了评估三种不同的蒸汽室的热性能，我们进行了一系列的实验。蒸汽室是一个尺寸为90 x 88 x 50毫米的散热器的一部分。

散热器由铜基座和铝翅片构成（0.4 mm厚，间距1.9mm）；蒸汽室通过共晶熔合焊料连接在底座上。这是BTX II型配置，如图1，以水作为工作液。建造和测试的三个腔室被指定如下：

a)1型：带槽型灯芯的蒸汽室

b）2型：带沸腾增强灯芯的蒸汽室

c）3型：带沸腾增强多灯芯结构的蒸汽室。

图1.具有BTX II型配置的蒸汽室

蒸汽室在图2所示的设置中进行了测试。加热器被放置在一个经过加工的铜块内。将校准的t型热电偶（图2中的T1和T2）插入铜块内的特定位置，以测定温度变化。

气流通过一个轴向风扇（70x70x15 mm）输送到系统。额外的热电偶安装在不同的位置：铜块上表面（获得Tc )、蒸汽室底壁（获得T）、蒸汽室上壁（获得Tt)和风口（Ta）。

测试结果

为了确保兼容性，我们将1型蒸汽室的结果与现有的结果进行了比较（图4）。

腔室的蒸汽热阻与公布的数据有相似的值（见下图）。

图5显示了总热阻，图6显示了不同方向下测量的热阻。一般而言，1型腔室的总电阻值最大，为0.4 ℃/W，腔室电阻值最大，为0.19 ℃/W。

相比之下，无论蒸气气室的方向如何，2型气室的总热阻都较低（0.25 ℃/W）。3型蒸汽室实现了更低的总热阻（0.22 ℃/W）。

当分析蒸汽室本身的测试结果时（图6），方向效应似乎发挥了作用。1型蒸汽室在水平方向上获得了最低的热阻，而2型蒸汽室在垂直(I)方向上表现更好。

对于垂直(I)方向，3型蒸汽室表现出类似的热阻。BEMW结构在垂直（II）和反向方向上表现出其效果，明显优于2型蒸汽室。BEMW在4个方向上均较好。

图7.空气流量对蒸汽室总热阻（Rsa）的影响

空气流量的影响是降低了对流阻力，如图7所示。结果，与预期的一样，所有三个测试蒸汽室的总热阻随着空气流量的增加而单调降低。

然而，在不同的流速下，蒸汽室的热阻近似保持不变（图8）。

实验研究的第三部分旨在测量临界热通量。在这部分的实验中，热流被增加到了测试装置的上限（330W）。

对于1型蒸汽室，由于实际问题，测试在200W时停止。另一方面，2型和3型蒸汽室在达到330W时均表现出显著的稳定性，如图9所示。除了垂直I方向外，该方向的影响可以忽略不计。

结论

建造并测试了具有三种灯芯结构的蒸汽室。三种灯芯类型分别为：凹槽（1型）、沸腾增强灯芯（2型）和沸腾增强多灯芯结构（BEMW）（3型）。

结果显示，基本的1型腔室达到了热阻值（Rst=0.19°C/W），与已发表的数据相比较，而含有沸腾增强突起的2型室达到了几乎4倍较低的电阻值（Rst=0.05°C/W）。

沸腾增强多芯（BEMW）结构的实施进一步降低了腔室热阻至0.03°C/W，这是相对于1型腔室的显著改进。

在不同条件下的测试表明，2型和3型腔室在大多数重力不利方向设置下保持稳定，并高达330 W。

虽然BEMW结构似乎是一种非常有前途的传热增强技术，但应谨慎考虑。在实际实施之前，应对带增强灯芯的蒸汽室进行寿命测试，以确定性能增强是否可以随时间保持。

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