冲击射流

作者：李勋锋 程子阳 来源：传热传质研究中心随着电子芯片朝着高性能化和微小型化的快速发展，其热流密度不断增加，部分高性能芯片的热流密度已超过500W/cm2，传统的风冷、液冷以及被动式冷却技术已经不能满足要求，热失效成为电子设备失效的主要形式；发展先进高效散热技术是解决芯片热失效的有效对策。射流冲击结合微结构表面强化沸腾传热技术作为一种新型主动散热技术，具有结构紧凑、传热系数高、有效消除局部热点等优点，可作为解决上述问题的有效措施。分布式阵列射流结构由于射流入口与流体排出口间隔排布（如图1所示），不存在传统射流冲击的出口横流干扰，具有系统压降小，汽液流体易排出等优点。传热传质研究中心以分布式射流冲击强化沸腾传热技术为研究对象，建立相关试验测试平台，研究了微肋柱阵列表面、多孔丝网结构表面以及Cu-Al2O3多孔沉积表面强化射流冲击沸腾传热特性，获得了不同微结构表面对应的传热系数变化规律（如图2所示，为HFE-7100电子氟化液工质测试结果），结合可视化观测和表面微结构形貌分析揭示了微结构表面强化射流沸腾传热机制，结果表明多孔丝网结构表面具有较好的强化射流冲击沸腾传热特性，其传热系数与光滑表面的传热系数相比可提高50%以上。采用水作为冷却工质，且加热壁面温度控制在85℃以下时，试验测试结果表明，分布式阵列射流冲击结合微结构表面强化沸腾传热技术的冷却能力可达到800W/cm2以上，且具有较小的泵功输入，对应的单位泵功冷却能力大于16kW(热量)/W（泵功），该先进高效主动冷却技术的研发可为高性能芯片技术的快速发展提供有效热管理手段。基于以上研究已申请1项发明专利。图1 分布式阵列射流冲击进出口分布图2 不同微结构表面传热系数分布特性

简介PSI-20系列小巧紧凑的机身及超低运行音量完美适应实验室研发，高压力、高处理流量使其亦能满足中试甚至于小规模生产环境。通过提供最大2069bar的均质压力，搭配PSI专有技术研发的均质腔可获得优于市面上同类设备的超高剪切力；其最小进样量100ml，废弃体积仅为15ml。PSI-20-1搭配仅75μm孔径的固定Y型单槽均质腔，提供高效乳化、混合及均质的解决方案。PSI-20-2可搭配87μm、100μm、200μm孔径的固定Z型单槽均质腔，提供高效降低粒径分布、分散样品、去除团聚及均质等的解决方案。 优势选用洁净材质，处理各类复杂物料、“脏”物料后，所需使用的清洁剂量远小于同类进口设备。高效细胞破壁，一次均质可达99%细胞破坏率（E.coli）；在仅使用1000 bar(14500PSI, 100Mpa)压力情况下：1. 进行1-2次均质即可将脂质体、脂肪乳粒径降至250-290nm；2. 进行多次均质可使细胞壁类物质粒径降至50-100nm；可处理高粘度物料；数字化屏显压力，压力传感器不与物料接触（传统油压指针表显示压力易造成物料污染）；自动存储数据、全机身采用电抛光医疗级别316不锈钢，满足医药标准及法规要求；工艺流程稳定、均质结果重复性高，实验室结果放大至工业化生产可确保效果一致；高效控温系统，数显进、出料温度；设备重量轻、占用空间小，运行音量低于68dB，免受均质噪音影响；维护方便，可直接冲洗，无需繁琐的拆卸再组装；售后服务团队响应速度快、提供全面技术交流培训。仪器参数仪器型号PSI-20实验型均质压力可达 2069bar(30000psi, 207Mpa)处理流量可达25l/h,416ml/min最小处理量100ml废弃体积15ml噪音等级＜68dB压力显示屏幕数显最大进料温度75℃温控屏幕数显自动控温均质腔孔径（选配）75μm，87μm，100μm，200μm均质腔样式单槽均质腔材质金刚石进料杯500ml,1l,2l,3l控温进料杯可选循环自动进料杯可选电源208V 60Hz, 380V 60Hz220V 60Hz, 460V 60Hz380V 50Hz, 400V 50Hz外形尺寸（长*宽*高）90cm×65cm×112.6cm重量155kg卫生标准医药级别仪器材质镜面抛光、防指纹电抛光316不锈钢符合CE标准√创新点：PSI系列高压微射流均质机按高标准的医药级别设计而成：优选镜面抛光的316不锈钢确保材质清洁，创新型的数字屏显压力突破了传统机械油压表显压力极易污染物料的难点，符合GMP法规的数据存储、溯源系统将为企业的合法研发及生产保驾护航。 PSI专有技术研发的均质腔可获得优于市面上同类设备的超高剪切力，其稳定的工艺流程能确保从小试、中试线性放大至规模化生产。 PSI系列高压微射流均质机可搭载单、双泵压头，优秀的高处理流量完美应对中试生产环境、亦可兼任研发工作；值得一提的是，高效的双泵压头循环模式搭配自动进料系统使其能够胜任规模化生产的任务；面对几百升每小时的处理量要求，PSI Infinity定制机组依旧可以游刃有余地应对。 高压微射流均质机

除了将物料均质化外，部分工作于食品行业和药品行业的微射流高压均质机，需要达到较高的卫生的性能，以便于生产无菌型产品，而部分设备需要使用在化工领域，生产油漆和涂料以及电镀材料，这又需要设备拥有防腐蚀性能，这两种附属性能同样不可缺少，微射流高压均质机的生产考验的是材料学，需要经受超高压超速耐热摩擦耐腐蚀，所以这种产品没有几个国家可以生产　将产品物料通过超高压提速到几倍音速，然后通过很小的阀芯，此时物料出现了神奇的物理特性，被纳米颗粒化，这就是微射流高压均质机的主要工作，其核心是产生超高压，以及拥有孔径非常小的阀芯，攻克这种技术，意味着在电子行业、制药行业、化工行业、生物行业拥有更大的市场前景。一、如何产生微射流高压环境　　微射流高压均质机拥有双增压器，能够让内部压强达到58000 psi，为了达到这个数据，必须配备大功率电机，同时为了调整流量，还要增加无极变速功能，这样就能对进入的物料提供足够的动能，使其加速到几倍音速，一旦通过阀芯，就会产生震荡和摩擦，最终被分散化，为了承受高压强，微射流高压均质机内壳腔体必须使用特殊材料制作。二、微射流高压均质机的附属性能　　除了将物料均质化外，部分工作于食品行业和药品行业的微射流高压均质机，需要达到较高的卫生的性能，以便于生产无菌型产品，而部分设备需要使用在化工领域，生产油漆和涂料以及电镀材料，这又需要设备拥有防腐蚀性能，这两种附属性能同样不可缺少，微射流高压均质机的生产考验的是材料学，需要经受超高压、超速、耐热、摩擦、耐腐蚀，所以这种产品没有几个国家可以生产。三、什么领域需要用到微射流高压均质机　　在生命科学领域，许多研发需要在实验室里进行，这里要将实验用的化学药剂或者生物剂进行高速均质，就要用到微射流高压均质机，在化妆品领域，不管任何护肤品或者美容产品，在显微镜下观察，都是纳米颗粒，这就是在生产线上使用微射流高压均质机的杰作， 在太阳能板的生产中，需要在表面涂抹导电层，生产这种涂料时就需要进行颗粒的均匀化，同样要使用微射流高压均质机。　　作为一种基础型的高端加工设备，微射流高压均质机有不可替代的作用，发达国家早在70年代就开始研究，我国起步很晚，虽然已经有所成果，但产品仍然有进步空间，目前普通的化工品和医药产品都可使用更便宜的国产微射流高压均质机，但如果是高端的产品制造，厂商们仍要进口意大利产品或美国产品，这样的格局也许需要20年去追赶。