用于增强薄膜蒸发的仿生微柱芯
流体动力学
2023-05-10 v1
摘要
可持续液体冷却方案被公认为芯片行业热管理的未来。其中，热管与蒸气腔等相变传热装置已展现出巨大潜力。这些装置依赖于毛细驱动薄膜蒸发的物理机制，而该机制与其中所用蒸发器芯的设计和优化固有耦合。在此，我们受 Nepenthes alata（翼状猪笼草）瓶口（peristome）启发，提出一种仿生蒸发器芯设计，可实现显著增强的蒸发冷却。其由微柱阵列构成，每根微柱侧壁具有多个楔形。基于经过验证的数值模型，以干涸热通量和有效传热系数为指标评估楔形微柱的功效。楔形角选取为使楔形微柱令液丝沿微柱垂直壁面上升。这导致蒸发薄膜面积显著增加。此外，液弯月面的较大平均曲率产生强毛细抽吸压力，同时楔形增加了芯的整体渗透性。因此，我们的模型预测，在几何尺寸相似的情况下，楔形微柱芯相比传统圆柱微柱芯可实现约 234% 的干涸热通量增强。而且，楔形微柱在干涸条件下也可获得更高的有效传热系数，从而在传热效率上优于圆柱微柱。我们的研究为仿生楔形微柱作为各类薄膜蒸发应用的高效蒸发器芯的设计与能力提供了见解。
引用
@article{arxiv.2302.04573,
title = {Biomimetic Micropillar Wick for Enhanced Thin-Film Evaporation},
author = {Anand S and Chander Shekhar Sharma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.04573},
year = {2023}
}