本发明涉及数据中心热控，尤其涉及相变增强冷却系统。
背景技术：
1、随着5g通讯、大数据和人工智能的持续革新和高速发展，数据中心的集成度呈现爆炸式增长，同时为了适应社会信息交互需求，数据中心的服务器需要更强的功率满足时代发展的要求，进而给数据中心的热管理技术带来了前所未有的挑战。当前的数据中心存在的高能耗、散热不足等问题。因此，数据中心发展的关键是寻找一种高效的散热方式。
2、目前，数据中心散热最常见的方法是风冷，而传统的风冷已无法满足数据中心高热流密度的散热。液态冷却技术包括射流冲击换热冷却、微通道冷却和喷雾相变冷却等技术，喷雾相变冷却是通过喷嘴把液体雾化为细小液滴，喷射到换热表面，对器件进行冷却，是一种高效的冷却技术，具有高热流密度的冷却能力和严格的温度控制能力。然而，喷雾式冷却也存在加工复杂；未蒸发的绝缘冷却液难以收集再利用；系统的稳定性较差等问题。
3、此外，热管冷却技术是以热管为传热核心的被动式散热技术，采用相变传热方式进行热量传递，极大地提高了热量从机柜内传输到外界环境的效率，且无能量消耗，节能效果极好，但热管冷却技术受限于室内外温差条件限制，当室外温度过高时，热传输效率下降比较明显，同时热流密度、流动阻力等工作极限也限制了热管的换热能力。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出密闭式相变增强冷却系统，该系统能够满足高功率工作状态下服务器的散热效果，同时保证系统的可靠稳定。
2、为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种相变增强冷却系统，用于对密封机柜内用户设备进行冷却，相变增强冷却系统包括供液泵、外部喷头、内部喷头、循环风机、换热器以及储液槽；外部喷头、内部喷头、循环风机、换热器以及储液槽设置在所述密封机柜内；所述外部喷头设置在用户设备外，所述内部喷头设置在所述用户设备内；供液泵从储液槽内吸入冷却工质并送入所述外部喷头和内部喷头；外部喷头和内部喷头将冷却工质进行雾化后喷出，液态冷却工质经外部喷头雾化成微小颗粒，随气体流动到达发热用户设备，部分雾化成颗粒状的冷却工质吸收热量蒸发变成气态，另有未蒸发的冷却工质受重力作用掉入下方的储液槽；蒸发的气态冷却工质与空气的混合物随循环风机吸入；换热器将气态冷却工质与空气的混合物冷凝成液态冷却工质与冷空气，气态冷却工质与空气的混合物在冷凝过程中与换热器内的介质完成换热，最终将密闭机柜内发热用户设备的热量带出。
4、所述内部喷头为树状喷头；树状喷头包含输液管与树形喷淋面，输液管将工质输送到树形喷淋面；树形喷淋面采用树状网络结构，树状网络结构为一分二的分型通道，上一级通道在下一级都有n个分支且两个分支之间角度为180°，树状网络结构中k+1级通道的长度与k级通道长度的比值为lk+1/lk＝n-1/d，d为直径分形维数，n为分支数，n＝2；在末级通道的末端设置有用于喷出冷却液的喷孔。
5、直径分形维数d＝2。d为2时，热有效性最高。
6、树状喷头包括正反两个树形喷淋面。
7、所述换热器为小通道板翅式换热结构，包括进水管、出水管以及连接在进水管和出水管之间的若干个平行布置的板片管；每个板片管内部为多个小通道。
8、每个板片管内部的小通道内表面采用一种纳米布沙漠甲虫背部亲疏水异质图案的仿生表面微纳结构，包括六边形疏水区域表面，其余区域为亲水表面，整个表面呈现出亲水和疏水区域的交替排列，六边形的对角长度尺寸为相邻六边形中心距离的40％～60％。气态冷却工质与空气的混合物经过换热器时将热量传递给板片管与翅片，进而传递给换热器内的第二工质(换热器内介质)，第二工质(换热器内介质)在换热器内流动，受热气化，将热量带出。通过模仿甲虫的表面结构，不仅促进起气泡生长和脱离过程，强化沸腾，而且增加了表面积，提高了热交换效率。
9、每个板片管内部的小通道内表面采用仿生泥炭藓表面的多孔微纳结构；多孔微纳结构为微组织纳米通道的超亲疏性阳极氧化铝表面，液体接触角为0°，表面结构体孔径为177.1±30.6nm，表面孔径为0.89±0.28μm，纳米通道被蚀刻在阳极氧化铝表面的纳米纤维上。该仿生泥炭藓表面的多孔微纳结构可以利用液体在其表面的超扩散行为实现有效的蒸发和散热。
10、在所述板片管之间间隔的设置有翅片。
11、相变增强冷却系统还包括压力平衡装置，压力平衡装置设置在所述密封机柜内用于稳定密封机柜内的压力，避免密闭腔体内的压力过高从而使设备产生破坏。压力稳定装置可以通过温控、或压缩、或压差排气方式减少冷却工质泄漏，同时使密闭腔体内的压力保持稳定，保证密闭腔体的结构安全性、密封性等。
12、所述冷却工质在用户设备的工作温度下易气化，包括但不限于氟化液。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14、1.本发明提出的一种相变增强冷却系统，雾化装置安装在密闭腔体内，雾化后的冷却工质随气体流动到达发热区域，发热区域内原有的强迫风冷变成相变换热伴随强迫风冷，大大提高换热性能。并且未蒸发的冷却工质受重力作用掉入密封腔体下方的储液槽被回收并再利用，实现了工质的收集以及循环利用。这种强化换热结构既保留了风冷结构的安全性和可靠性，同时大大提高换热性能，从而降低数据中心热控系统能耗，大大降低数据中心pue值；试验表明，在同样的供冷温度条件下，采用这种喷雾相变增强强迫风冷，器件壳温下降了20℃。另外，和浸没式冷却相比，大大减少了工质的用量，降低了成本、减小了设备重量。
15、2.本发明的部分喷头采用树状喷头，其树形分支具有多级层次的重复形态，可以对热源内重点局部热源器件进行均匀喷淋，达到良好的散热效果。
16、3.本发明中述换热器内部小通道内表面采用一种纳米布沙漠甲虫背部亲疏水异质图案的仿生表面微纳结构或仿生泥炭藓表面的多孔微纳结构，这不仅强化了换热器内工质的沸腾和气化过程，而且增加了表面积，提高了热交换效率，达到了很好的散热效果。
17、4.本发明中，密闭腔体带有压力稳定装置，能够保持密闭腔体内压力稳定，从而保证了工质相变温度的稳定，保证了被冷却器件工作状态的稳定，提高了设备的可靠性和工作寿命。
1.一种相变增强冷却系统，用于对密封机柜内用户设备进行冷却，其特征在于，相变增强冷却系统包括供液泵、外部喷头、内部喷头、循环风机、换热器以及储液槽；外部喷头、内部喷头、循环风机、换热器以及储液槽设置在所述密封机柜内；所述外部喷头设置在用户设备外，所述内部喷头设置在所述用户设备内；供液泵从储液槽内吸入冷却工质并送入所述外部喷头和内部喷头；液态冷却工质经外部喷头雾化成微小颗粒，随气体流动到达发热用户设备，部分雾化成颗粒状的冷却工质吸收热量蒸发变成气态，另有未蒸发的冷却工质受重力作用掉入下方的储液槽；蒸发的气态冷却工质与空气的混合物随循环风机吸入；换热器将气态冷却工质与空气的混合物冷凝成液态冷却工质与冷空气，气态冷却工质与空气的混合物在冷凝过程中与换热器内的介质完成换热，最终将密闭机柜内发热用户设备的热量带出。
2.根据权利要求1所述的相变增强冷却系统，其特征在于，所述内部喷头为树状喷头；树状喷头包含输液管与树形喷淋面，输液管将工质输送到树形喷淋面；树形喷淋面采用树状网络结构，树状网络结构为一分二的分型通道，上一级通道在下一级都有n个分支且分支之间角度为180°，树状网络结构中k+1级通道的长度与k级通道长度的比值为lk+1/lk＝n-1/d，d为直径分形维数，n为分支数，n＝2；在末级通道的末端设置有用于喷出冷却液的喷孔。
3.根据权利要求2所述的相变增强冷却系统，其特征在于，直径分形维数d＝2。
4.根据权利要求3所述的相变增强冷却系统，其特征在于，树状喷头包括正反两个树形喷淋面。
5.根据权利要求1所述的相变增强冷却系统，其特征在于，所述换热器为小通道板翅式换热结构，包括进水管、出水管以及连接在进水管和出水管之间的若干个平行布置的板片管；每个板片管内部为多个小通道。
6.根据权利要求5所述的相变增强冷却系统，其特征在于，每个板片管内部的小通道内表面采用一种纳米布沙漠甲虫背部亲疏水异质图案的仿生表面微纳结构，包括六边形疏水区域表面，其余区域为亲水表面，整个表面呈现出亲水和疏水区域的交替排列，六边形的对角长度尺寸为相邻六边形中心距离的40％～60％。
7.根据权利要求5所述的相变增强冷却系统，其特征在于，每个板片管内部的小通道内表面采用仿生泥炭藓表面的多孔微纳结构；多孔微纳结构为微组织纳米通道的超亲疏性阳极氧化铝表面，液体接触角为0°，表面结构体孔径为177.1±30.6nm，表面孔径为0.89±0.28μm，纳米通道被蚀刻在阳极氧化铝表面的纳米纤维上。
8.根据权利要求6或7所述的相变增强冷却系统，其特征在于，在所述板片管之间间隔的设置有翅片。
9.根据权利要求1所述的相变增强冷却系统，其特征在于，相变增强冷却系统还包括压力平衡装置，压力平衡装置设置在所述密封机柜内用于稳定密封机柜内的压力。
10.根据权利要求1所述的相变增强冷却系统，其特征在于，所述冷却工质在用户设备的工作温度下易气化，包括但不限于氟化液。
