Влияние ориентации нагрева на кипение при течении в медных тепловых стоках с коллекторно-микроканальной структурой

В последнее время для удовлетворения требований к отводу мощности от электронных устройств с высокой плотностью теплового потока предлагаются двухфазные системы охлаждения. Кипение при течении в коллекторно-микроканальных структурах (MMC) обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи при малых перепадах давления, что делает такие системы популярным решением. Хотя кипение при течении в микроканалах исследовалось во многих работах, влияние ориентации нагрева в MMC со сложными трехмерными траекториями течения изучено недостаточно. В настоящем исследовании проведены эксперименты по изучению влияния ориентации нагрева и массового расхода на теплопередачу, перепад давления и явление гистерезиса при кипении в медном тепловом стоке с коллекторно-микроканальной структурой; в качестве рабочего тела использован экологически безопасный хладагент R1233zd(E). Исследованы четыре ориентации нагрева: нагрев снизу вверх (UH), нагрев сверху вниз (DH), горизонтальный нагрев с вертикальными микроканалами (HVMC) и горизонтальный нагрев с вертикальными коллекторами (HVMF). Эксперименты проводились при массовых расходах от 2,5 до 12,5 г/с; температура недогрева на входе составляла 5 K. Результаты показывают, что ориентация нагрева существенно влияет на характеристики теплопередачи, особенно при высоких массовых расходах и больших плотностях теплового потока. Конфигурация с горизонтальным нагревом и вертикальными коллекторами (HVMF) обеспечивает наилучшие характеристики теплопередачи, тогда как конфигурация с нагревом сверху вниз (DH) демонстрирует наименьшую эффективность. В отличие от этого, ориентация нагрева оказывает минимальное влияние на характеристики перепада давления. Увеличение массового расхода улучшает теплопередачу и повышает перепад давления в тепловых стоках с коллекторно-микроканальной структурой. Кроме того, между кривыми нагрева и охлаждения наблюдается гистерезис как температуры стенки, так и перепада давления. Перед началом пузырькового кипения (ONB) возникает заметное превышение температуры стенки, величина которого уменьшается с увеличением массового расхода. На кривых перепада давления также наблюдается гистерезис, причем более высокий...