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温差驱动的液态金属热虹吸效应探究

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在一定温差作用下,液态金属可实现虹吸效应[1]。如图7.1所示,热源出口温度高于入口温度时,导致出入口两端液态金属密度不同,于是形成压力差,驱动液态金属逆时针循环流动。高温液态金属通过翅片往外界散热,降低温度后流入热源,从而完成电子芯片散热循环。液态金属散热器的性能受环路方向、环路管径大小等因素影响,其中热虹吸流速是散热器性能的重要表征参数。图7.1热虹吸效应图7.2液态金属与水的散热效果对比

温差驱动的液态金属热虹吸效应探究

虹吸是基于流体自然对流的一种被动型热传递现象,是流体因加热发生密度变化而产生浮升力驱动的自身流动。在一定温差作用下,液态金属可实现虹吸效应[1]。由于液态金属的高导热性,基于热虹吸效应实现的液态金属自驱动,可发展出对应的流动控制系统或装置,由此实现对电子芯片自动散热[1]以及捕获低品位热能的目的[2]。如图7.1所示,热源出口温度高于入口温度时,导致出入口两端液态金属密度不同,于是形成压力差,驱动液态金属逆时针循环流动。高温液态金属通过翅片往外界散热,降低温度后流入热源,从而完成电子芯片散热循环。此类散热方式具有安全、经济、节能与无噪声的特点,可用于电子自动冷却,低品位能量回收等。

液态金属散热器的性能受环路方向、环路管径大小等因素影响,其中热虹吸流速是散热器性能的重要表征参数。液态金属的热虹吸流速大小不但与其物性参数(包括膨胀系数、密度和运动黏度)有关,还与系统的几何参数以及冷热端的高度差、环路长度、局部结构以及热端的表面积和横截面积、加热功率有关。在各类热虹吸效应驱动的流体散热方式中,液态金属较之常用散热介质(如水、空气)的散热效果强,如图7.2所示。

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图7.1 热虹吸效应

图7.2 液态金属与水的散热效果对比

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