我國科研團(tuán)隊在設(shè)備新型散熱機(jī)制研究方面取得突破

手機(jī)電腦、儲能電池等器件設(shè)備運(yùn)行過程中，必然伴隨發(fā)熱現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)更高效散熱，是多個行業(yè)迫切需要解決的難題。華北電力大學(xué)科研團(tuán)隊在新型散熱機(jī)制——薄液膜沸騰研究方面，成功實(shí)現(xiàn)了超過2000W/cm2的超高熱流密度，刷新國內(nèi)外目前已知的相關(guān)公開紀(jì)錄，有望進(jìn)一步提升器件設(shè)備散熱效果。該成果近日在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《國際傳熱傳質(zhì)雜志》發(fā)表。

華北電力大學(xué)科研團(tuán)隊在調(diào)試薄液膜沸騰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 受訪者供圖

當(dāng)前，在能源電力、航空航天、電子信息等領(lǐng)域，儀器設(shè)備不斷追求小型化和集成化，單位面積上元器件隨之持續(xù)增多，這對散熱提出更高要求。薄液膜沸騰，是目前國際上前沿的可實(shí)現(xiàn)超高熱流密度散熱的方式，即利用冷卻液在熱源表面形成的超薄液膜持續(xù)沸騰，達(dá)到高效散熱目的。

“一些電子設(shè)備運(yùn)行時，局部發(fā)熱量可達(dá)1000W/cm2以上，顯著高于常壓下沸水的熱流密度，傳統(tǒng)的風(fēng)冷、液冷等方式無法滿足散熱需求，一定程度上限制了設(shè)備性能的提升?！比A北電力大學(xué)教授、該團(tuán)隊成員冼海珍說，“在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的2000W/cm2熱流密度，相當(dāng)于在1平方米面積上，1萬臺功率為2千瓦的電熱爐同時發(fā)熱?！?/p>

華北電力大學(xué)教授陳林在安裝薄液膜沸騰實(shí)驗(yàn)樣品 受訪者供圖 

華北電力大學(xué)杜小澤教授、陳林教授是該團(tuán)隊另兩名成員。他們介紹，在取得這一實(shí)驗(yàn)突破前，國際上已知的薄液膜沸騰研究的熱流密度，難以超過1500W/cm2。團(tuán)隊歷經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，在恒壓供液模式下，用于形成薄液膜的實(shí)驗(yàn)樣品容易破裂失效，但改為步進(jìn)增壓和連續(xù)增壓供液后，薄液膜沸騰的臨界熱流密度最終突破2000W/cm2。由此成功揭示出，優(yōu)化供液方式，可有效提升薄液膜沸騰的最終性能。

“也就是說，要漸進(jìn)式提高供液壓力，而非剛開始運(yùn)行時就保持最高壓力。”陳林說，該研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用后，有望更好保障電子設(shè)備、鋰電池等的安全性能。

《國際傳熱傳質(zhì)雜志》審稿人表示，該成果將薄液膜沸騰的熱流密度推進(jìn)到一個全新的高度，對于應(yīng)對極端散熱需求有重要意義。