随着微电子元器件向集成化、大功率方向的发展,芯片的产热量已超过100 W/cm~2,不仅影响电子设备的正常工作,还降低其使用寿命。采用相变材料作为冷却介质不仅利用显热还能充分利用相变过程中的潜热量,储存并转移大量的热能。相变乳液作为一种新型相变材料与采用单相流体或具有沸腾的两相流冷却剂的相比,能够去除电子器件表面更多的热量,具有缩小管路尺寸、降低运行及投资成本等优势。与相变微胶囊悬浮液相比,其具有容易制备、使用方便等优势,在芯片降温领域具有广阔的应用前景。目前,对相变乳液制备及其物性分析的研究比较广泛,但结合微通道散热器实现芯片降温的研究十分有限,因此本文选用相变乳液作为冷却介质研究微通道散热器的换热性能。首先,以相变微胶囊悬浮液作为冷却介质研究微通道散热器的传热性能。在恒热流条件下采用多孔介质方法获得微通道散热器内温度变化的解析结果,经与文献报道的数据进行比较取得了较好一致,证明了假设条件的合理性和解析解的正确性。分析发现相变材料的导热系数、体积浓度和微通道散热器的孔隙率是影响传热特性的主要参数,相变颗粒直径的改变几乎没有影响其传热特性。当介质的体积浓度为0-25%时,微通道散热器的最佳孔隙率处于0.69-0.73之间。与水介质比较,在相同条件下体积浓度为15.0%的相变微胶囊悬浮液可将微通道散热器的对流换热系数提升20.0%。利用解析结果优选出微通道散热器的孔隙率设计值(取为0.71),设计加工成六层矩形微通道散热器。采用加热片模拟芯片发热,利用铜柱将加热片与微通道散热器连接在一起,并确定实际发热量。以相变介质微通道散热器为加热设备,搭建闭式环路热虹吸系统实验台测试微通道散热器的换热性能。同时,通过探索不同的制备方法得出在10000r转速、HLB值(亲疏水平衡值)为9、乳化温度为60℃、乳化剂含量为10%、乳化时间为2 h的条件下,能够配制出稳定的相变乳液。基于闭式环路热虹吸系统实验台,完成不同质量浓度的相变乳液和不同加热功率下的实际加热量和温度的测试。通过与空管热阻比较,发现质量浓度为1.0%的相变乳液在5.0 W的加热功率下相变乳液流速缓慢呈现周期性启动特征。当加热功率增大至8.5 W或相变乳液质量浓度增加时能够产生更大的密度差,与高度差共同作用增大流体自动循环的动力,缩短系统达到稳态的时间。使用质量浓度为2.0%的相变乳液比直接使用去离子水作为冷却介质时提升17.1%的换热能力。微通道散热器出口温度和加热片温度的实验值与解析计算值的相对误差均在15%以内,验证假设条件的合理性和解析解的正确性。