新型微型平板热管的传热性能实验研究

摘要

近年随着电子技术的迅速发展，电子器件必然朝着高频、高速及集成电路的密集和小型化的方向发展，从而导致单位容积电子器件的发热量迅速增大。电子技术的发展需要良好的散热手段来保证。而小型平板热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有结构紧凑、高导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向可逆性、恒温特性、环境的适应性等基本特性，且在电子电器工程中取得许多应用成果。因此，本文设计并加工制造了一种电子器件冷却用的新型微型平板热管，并对其进行了理论分析和实验研究。 利用Cotter热管理论对新研制的热管进行了理论分析，分析了轴向槽道微型平板热管的传热机理并求解了本次设计的微型平板热管在不同工作温度下的各种传热极限。 根据热管的工作条件对热管进行了设计，设计内容包括工质、上下盖板及三角形板材料的选取，上、下盖板及三角形板结构尺寸的设计，工质充装量的计算。综合考虑，最后确定选用水和丙酮作为工质，上、下盖板及三角形板的材料为不锈钢。研究并设计了热管的加工工艺，其主要由6种工艺过程组成，分别为机械加工、清洗、组装焊接、检漏、抽真空、充装液体等。 接着，确定了实验测试方案，并根据方案搭建了实验测试台。并对其传热特性进行了实验研究，分析了在不同加热功率下，充液率、工作倾角及工质对微型平板热管传热性能的影响。实验证明： (1)本次设计的热管最佳充液率为25％； (2)90°倾角时，热管有最佳的传热性能；重力对热管的传热性能的提高有重要的辅助作用； (3)以水为工质的热管更能体现热管的优良传热性能； (4)确定了不同充液率和工质的热管最佳加热功率为60W～90W。 进一步证明了新型微型平板热管具有良好的传热性能。 最后，引入一种新的评价热管性能的方法--等效对流换热系数法。推导得到微型平板热管的等效对流换热系数计算公式，并将其应用于本次实验数据的分析，得到的结论与常规方法的相同。因此，证明了此方法同样适合评价热管的传热性能。

目录

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第一章绪论

1.1热管的发展及应用

1.2热管的工作原理和基本特性

1.3微型平板热管的研究进展

1.4课题的背景与意义

1.5本文研究的主要内容

第二章微型平板热管的传热极限分析

2.1热管的Cotter理论

2.1.1最大毛细压差与热管最大长度的关系

2.1.2热管内工作液体的流动压降

2.1.3热管内蒸汽的流动压降

2.1.4热管内汽-液交界面压差与质量流之间的关系式

2.1.5热流量与质量流量之间的关系

2.1.6 Cotter理论的小结

2.2微型平板热管传热极限的数值分析

2.2.1蒸汽的连续流动极限

2.2.2声速极限

2.2.3携带极限

2.2.4毛细极限

2.2.5沸腾极限

2.2.6实验热管数值计算结果

2.3小结

第三章微型平板热管的设计与制造

3.1微型平板热管的设计

3.1.1 工质的选择

3.1.2热管盖板及三角形板材料的选择和设计

3.1.3充液量的计算

3.1.4抽真空管和充液管的设计

3.2微型平板热管的制造

3.2.1机械加工

3.2.2清洗

3.2.3激光焊接

3.2.4检漏

3.2.5充液

3.2.6热管检验

3.3本章小结

第四章微型平板热管传热性能实验研究

4.1影响微型平板热管的主要因素

4.1.1横截面形状的影响

4.1.2充液率的影响

4.1.3工作倾角的影响

4.1.4工质的影响

4.2实验设备

4.3实验测试系统

4.3.1高速数据采集系统

4.3.2供电系统

4.3.3微型平板热管试验件

4.4实验步骤

4.5加热功率的热损失计算

4.6小结

第五章实验结果及分析

5.1实验原始数据

5.2热管的轴向温度分布

5.3充液率对传热性能的影响

5.4倾角对传热性能的影响

5.5工质对传热性能的影响

5.6加热功率对传热性能的影响

5.7等效对流换热系数法

5.7.1热管加热段与冷凝段内壁温度的确定

5.7.2热管内部工质温度的确定

5.7.3热管内部对流换热系数的确定

5.7.4等效对流换热系数的确定

5.8等效对流换热系数的计算及分析

5.9小结

结论与展望

1.结论

2.创新点

3.展望

参考文献

致谢

附录