提高传热效率的液态金属微强化器件

液态金属微通道器件是实现高密度电子器件散热的重要方法，具有很高的应用价值。液态金属相对水密度比较大，但黏度较小。综合两种因素，在相同体积流量下，液态金属流经微通道的阻力会比水大。在较低流速阶段，液态金属流经微通道的阻力约为水的2倍。随流速增加，两者阻力比会继续增加。据流体力学理论推断，最终到达旺盛紊流状态后，两者阻力比会稳定在最大值6（两者密度比）左右。

液态金属相对水热导率高，但是比热较小。流速低时，流体自身温升占主导因素，液态金属换热性能可能比水弱。但在较高流速下，液态金属的高热导率和高对流换热系数优势体现得非常明显。与水相比，可以在更少的泵功，更小的体积流量情况下获得更好的微通道散热效果。

液态金属物化性质稳定，沸点高达2 300℃，采用液态金属的微通道冷却系统不易发生工质泄露和蒸发问题。同时，液态金属可以采用无任何运动部件的电磁泵驱动，效率更高且稳定可靠。因此液态金属微通道是实现极高热流密度散热的有力手段，在电子芯片热管理领域颇具潜力。(www.xing528.com)

除了液态金属微通道，另一种颇具潜力的强化传热器件为液态金属微喷。单相流微喷最大的特点在于液体高速冲击散热表面极大地减薄了边界层厚度，有效提高了对流换热系数。笔者实验室曾经通过实验对比了水和液态金属的喷射对流换热系数。研究发现［1］，在喷孔直径1 mm、流速2.5 m／s的情况下，水喷射的对流换热系数约60 000 W／（m2·℃），而液态金属喷射对流换热系数可高达200 000 W／（m2·℃）。Silverman等［19］曾对液态金属喷射系统进行了系列实验和理论研究，其利用镓铟合金在小于4 m／s的速度下实现了2 K W／cm2的散热能力，充分展现了液态金属喷射结构极为优异的散热能力。

总的来说，微通道和微喷是实现液态金属微强化传热的两种典型的高效器件，利用其可以实现具有比传统冷却方法优异的散热性能，同时拓展了高端散热领域的热流密度极限，具有重大的理论研究和实际应用价值。