细小喷淋冲击冷却及其形成的薄液膜特性研究

微电子机械系统（MEMS）冷却技术日益受到关注。实验发现，在热物体表面形成完整的薄液膜时，喷雾和喷淋冲击冷却性能最好。本项目旨在以理论和实验手段研究在热物面形成薄液膜的细小喷淋冲击冷却机理，侧重分析细小喷淋冲击热物面形成的薄液膜状态，与其冷却性能的内在关系。拟基于格子波尔兹曼方法建立数学模型，描述细小喷淋液滴冲击热物体表面薄液膜的传热、传质和流动过程，提出气液界面上蒸发冷凝和相间作用力模型，研究相应的数值方法，进行定量的数值计算分析。开展液滴冲击薄液膜的实验观测和测量，验证上述数学模型和数值方法。采用长波理论，建立细小喷淋冲击形成的薄液膜的演化方程，研究细小喷淋冲击的薄液膜的稳定性。通过上述研究，将定量分析主要因素对细小喷淋冲击热物面形成的薄液膜形状、厚度和稳定性的影响，预测细小喷淋冲击冷却的冷却性能。本项研究在芯片等微电子器件冷却技术中将有重要应用，将促进薄膜的力学和热学特性研究的发展。 2100433B

中文名称

喷淋冷却

英文名称

spray cooling

定　　义

用低温液体喷淋被冷却物的一种冷却方法。

应用学科

水产学（一级学科），水产品保鲜及加工（二级学科）

在分析微液滴冲击冷却的热输运特性，以及研究微结构两相传质、传热过程的动态特性及其不确定因素的基础上，建立微液滴冲击冷却过程的数学模型；研制能传送高密度热流的微介电液滴冲击冷却集成芯片及其相应的实验系统装置；通过对微介电液滴冲击冷却的流体动力学和热动力学过程的数值模拟，并结合相应的实验技术研究和验证，对微尺度下相变传质传热的机理进行了深入研究，创建微介电液滴冲击冷却的基础理论体系。项目研究的成功将不仅对微尺度的传热传质理论研究具有一定的推动作用，而且该冷却系统具有很好的社会经济效益。在高精度测量与加工、光电通讯系统等领域中具有非常广阔的发展前景。 2100433B

喷淋冷却技术主要包括向IT设备喷洒冷却液的布液装置（包括特制的喷淋服务器机箱 ，特制的液冷机柜）， 冷量分配单元（CDU），室外散热器；

喷淋服务器机箱：与普通服务器机箱相比，主要特点是取消了风扇的进出风口，改为进液口与回液口。服务器机箱有密封处理，防止冷却液泄露；机箱顶板改为喷淋板，用于向发热器件喷洒绝缘冷却液；

液冷机柜：液冷机柜内部设有进液管与回液管，进液管向IT设备供应冷却液，回液管回收被加热后的冷却液；

冷量分配单元：内部主要包括泵，过滤器，换热器，其中，泵的作用是驱动冷却液流动，向IT设备内不间断输送冷却液；过滤器作用是滤除冷却液内部的微米级杂质，防止固体杂质在IT设备上沉积； 换热器作用是将冷却液的热量与二次循环回路中的冷媒（如水，乙二醇）进行热交换。

室外散热器：布置于室外的散热器将二次循环回路中的冷媒与室外空气进行热交换，将热量散失到外部大气，散热器通常使用空调行业常用的管翅式换热器，工业常用的板翅式换热器，以及冷水塔。管翅式换热器，板翅式换热器，冷水塔能够最大程度利用自然冷源-空气，无需采用能效较低的压缩制冷方式，因此较节能。