姚 磊，吴 辉，冯钊赞，刘迎文

（1.株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001；2.西安交通大学 热流科学与工程教育部重点实验室，西安 710049）

0 引言

随着技术的进步，电力电子器件逐渐向着小型化方向发展，其紧凑程度和开关频率不断提高，这也导致器件工作时的热流密度更高。相较于常规的IGBT器件的热流密度（一般为10 W/cm2左右），IGCT的高热流密度（≥40 W/cm2）导致传统的风冷、水冷已经无法满足其散热需求，而射流冲击相变换热是一种能够有效解决高热流密度散热的技术[1-2]。

射流冲击相变换热的原理是将液态工质在压差的作用下通过一定形状的孔（圆形、矩形、椭圆形等）或者狭缝，使其具备较高的流速，对加热表面进行高速冲击，减薄流动边界层的厚度，同时通过利用液态工质气化时的相变潜热，可以达到较强的对流换热效果[3]。根据射流出口环境的不同，将射流冲击冷却技术分为自由式、浸没式和受限式[4]。自由式射流是指将工质射入到气体环境中；浸没式射流是指将工质射入到液体环境中，且液体环境的上方为气液自由液面，射流不受壁面的限制；受限式射流是指将工质射入到某一腔体中，受腔体壁面的限制。本文研究的对象属于受限式射流。

Ndao等[5]以R134a为工质，研究了饱和压力（820 kPa和1 090 kPa）、3种微针翅表面结构（圆形针翅、方形针翅和水翼形针翅）、4种射流出口速度（1.1～4.05 m/s）等对射流冲击沸腾换热特性的影响。研究结果表明，射流速度和饱和压力对相变换热特性具有重要的影响，过冷核态沸腾在射流冲击换热机制中占主导作用。……