伴隨高端芯片、功率半導體器件功耗持續(xù)走高，散熱難題已然成為制約器件性能迭代的核心瓶頸，狹小空間內的超高熱流高效散熱，是全球熱管理領域重點攻關方向。
近期，中國科學技術大學程文龍教授課題組（熱科學和能源工程系）博士生周睿、碩士生喬旭陽在《Applied Thermal Engineering》刊發(fā)學術論文，依托噴霧冷卻技術突破關鍵指標，實測極限熱流密度達 1385.9 W/cm2，創(chuàng)下現有公開文獻數據新高，為超高熱流工況下的精密器件熱管理開辟全新技術方案。
01
研究成果
團隊分別搭建 15℃高過冷、85℃低過冷兩套實驗體系開展噴霧冷卻換熱測試：高過冷環(huán)境、介質流量 8 mL/s 工況下，樣品散熱熱流突破 1385.9 W/cm2，壁面過熱度僅 22.7℃，換熱系數保持上行，尚未觸及臨界熱流上限，當前性能瓶頸由加熱電源功率約束；低過冷條件中，工質依靠相變換熱為主、顯熱換熱占比偏低，同等 8 mL/s 流量下峰值熱流為 881.3 W/cm2，繼續(xù)提升負荷后劇烈沸騰催生阻隔汽膜，換熱效率快速劣化并抵達臨界熱流。試驗結論證實：增大噴淋流量能夠強化單相換熱效果、延后臨界熱流出現，而過冷度偏低則會加快散熱性能衰減。
創(chuàng)新之處如下：
(1)利用高頻感應加熱作熱源：非接觸加熱，完全消除熱接觸電阻；無功率上限，加熱能力僅受電源和線圈設計限制。
(2)自研大流量微霧噴嘴：相比傳統(tǒng)高壓微霧噴嘴，該噴嘴在保證霧化粒徑的同時，顯著提升流量，確保充足冷卻工質供應和高效液滴傳熱。
(3)添加SDS表面活性劑：SDS降低液體表面張力，促進微泡生成，形成“泡沫層”緊貼加熱面，極大增強沸騰換熱。
(4)仿生葉脈結構表面：仿照植物葉片脈絡設計的微通道結構，促進液膜均勻鋪展，抑制局部干涸，提升換熱穩(wěn)定性。
02
總結與展望
本研究開創(chuàng)性將感應加熱技術引入噴霧冷卻超高熱流測試體系，不僅刷新該領域公開文獻熱流密度紀錄，同時實證非接觸式加熱可規(guī)避界面接觸熱阻，有效抬升試驗熱負荷上限。實驗證實多方式耦合強化換熱在全工況區(qū)間增效突出，可為高功率芯片、功率器件的極端工況散熱，夯實理論依據與工程化技術思路。
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來源：10.1016/j.applthermaleng.2026.131408
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