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隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子芯片的功率密度不斷提高，單位體積發(fā)熱量不斷增大，盡管相應的熱管理技術(shù)也在不斷發(fā)展，但仍然存在較大的技術(shù)挑戰(zhàn)，目前常規(guī)冷卻劑和冷卻方法已不能滿足其冷卻要求，急需發(fā)展新的高效冷卻技術(shù)。針對這一問題，研究所傳熱傳質(zhì)研究中心項目團隊提出將潛熱型功能熱流體-相變微膠囊懸浮液作為新型冷卻工質(zhì)對熱輸運性能進行強化，以解決大功率密度電子芯片的熱管理難題。?
目前國內(nèi)外對潛熱型功能熱流體單相強化傳熱能力進行了相關(guān)研究，但關(guān)于其沸騰傳熱特性研究極少。在數(shù)值模擬方面大多是使用均質(zhì)模型，獲得等效熱物性參數(shù)研究其單相強化傳熱特性，尚未見關(guān)于相變微膠囊懸浮液強化沸騰傳熱數(shù)值模擬研究。項目團隊針對相變微膠囊強化沸騰傳熱的復合相變傳熱難題，建立CFD-VOF-DPM氣液固耦合復合相變數(shù)值仿真模型，用等效比熱法對相變微膠囊內(nèi)部的相變過程進行簡化，分析了不同微膠囊核心相變溫度下懸浮液強化沸騰傳熱特性，獲得對應的流場、溫度場和微膠囊顆粒運動機制，結(jié)果表明相變微膠囊核心熔點在高于基液沸點后具有更高的沸騰傳熱強化能力，在基液沸騰過程中，相變微膠囊核心熔化溫度介于壁面與主流溫度之間，近壁區(qū)相變微膠囊在高溫區(qū)與低溫區(qū)之間的循環(huán)運動，存在不斷的吸放熱過程，有效強化的近壁區(qū)對流換熱。?
項目團隊搭建了可視化相變微膠囊懸浮液流動沸騰傳熱實驗臺，研究了流動速度、熱流密度、潛熱型功能熱流體濃度和核心相變溫度等因素對流動沸騰傳熱特性的影響規(guī)律，基液采用3M的Novec 7100，其沸點為61℃。實驗測試結(jié)果表明，相變微膠囊懸浮液由于微米級顆粒存在強化了沸騰傳熱，在相變微膠囊核心相變溫度高于基液沸點時具有最高的強化沸騰傳熱特性，與純基液相比換熱系數(shù)最高強化率可達22.3%，最大臨界熱流密度強化率可達25%。基于以上數(shù)值仿真與試驗測試研究，揭示了相變微膠囊懸浮液復合相變強化沸騰傳熱機理，為電子器件高效冷卻技術(shù)發(fā)展提供了理論支持。?
以上研究得到中國科學院科研儀器設備研制項目（No. YJKYYQ20200016）和國家自然科學基金項目（No.?52106117）支持，研究成果已分別發(fā)表在《Numerical Heat Transfer, Part A: Applications》和《Journal of Thermal Science》期刊上。?
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