表贴式自循环蒸发冷却系统流动不稳定性实验平台设计

陈 楹，阮 琳*，曾向君

(1.中国科学院电工研究所，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100190；3.南方电网科学研究院有限责任公司，广州 510000)

现代电力电子器件正向着高频、大功率和高集成化方向发展，其工作过程中所产生的损耗，会使其温度升高，从而影响其可靠性[1]。采用有机绝缘工质的表贴式自循环蒸发冷却系统，由于其自循环、功耗低、冷却效率高等特点，可以很好地满足电力电子设备的散热需求[2]。

表贴式自循环蒸发冷却系统利用液体汽化吸热的原理来冷却发热部件，介质的相变潜热比单相流体的比热大得多，冷却效果更加显著。表贴式自循环蒸发冷却系统换热效率高；结构简单，与发热部件紧密贴合；无需外界驱动力，可靠性高。其在模块化、集成化的电力电子模块散热领域的应用前景非常广阔[3-5]。然而在实际应用中，两相流动自循环系统在运行过程中可能存在两相流流动不稳定性问题。两相流流动不稳定性会导致系统循环流量的骤然减小或者剧烈波动，从而导致液盒底板各位置的温度急剧升高或周期性变化，与液盒紧密贴合的发热部件的温度亦受其影响。除此之外，持续的流动振荡会使部件可能遭受有害的机械振动，还会使部件的局部热应力产生周期性变化，这些都将导致部件的疲劳损坏。

文献[6-7]以圆管为研究对象对两相自然循环流动不稳定性问题进行了机理性实验研究。文献[8]以水为工质，在常压下对细长回路的自然循环系统进行实验研究，详细分析了其运行特性和不稳定性机理。……