發(fā)布時間：2017-03-31 06:47

  本文關鍵詞：3D增材制造零件中集成熱管的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工程中常見的多種疲勞失效都與零部件溫度過高有關,究其原因是散熱系統(tǒng)不能及時地轉(zhuǎn)移熱源處產(chǎn)生的熱量,使得熱量的積累引發(fā)局部高溫。有效散熱、快速轉(zhuǎn)移過熱點熱量從而降低零件工作溫度峰值是提高其承載能力、延長工作壽命的重要措施。不同于傳統(tǒng)的單相流冷卻方式,熱管是利用氣液兩相循環(huán)轉(zhuǎn)變且無需外力驅(qū)動的高效熱傳導元件。但是目前熱管面臨吸液芯傳熱能力不足,傳統(tǒng)制造工藝加工困難,散熱方式單一等困境。本文首創(chuàng)立足于3D增材制造集成熱管于零件于一體的新概念和新型加工方法,提出了新型吸液芯結(jié)構(gòu)的設計理論,制定了增材制造熱管新工藝流程。所提出的新設計理論與制造方法有助于開拓熱管新的應用市場和探索新型多功能自散熱機械零件的發(fā)展道路。3D增材制造技術使得復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的加工成為可能,因而有望產(chǎn)生不同于已有吸液芯的更有效的熱管結(jié)構(gòu)。本文首先推導了梯形溝槽微吸液芯的有效毛細半徑、最大毛細壓力、孔隙率、滲透率等基本參數(shù)的數(shù)學模型;建立了梯形溝槽微熱管在多種情況下的傳熱極限的理論模型。通過對傳熱極限的分析說明了吸液芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)對熱管傳熱性能的重要性。其次,通過對毛細壓力與滲透率這一對相互制約的因素的分析,提出了吸液芯的漸變模型設計理論。制定了結(jié)合傳統(tǒng)熱管制造技術與新興增材制造技術的新型熱管制造工藝流程。利用EOS M280金屬3D打印機制造了4根直線型新型溝槽微熱管。然后,利用搭建的熱管傳熱性能實驗平臺,測試了4根梯形溝槽微熱管在不同工況下的傳熱性能。結(jié)果表明:3D制造的微熱管具有良好的熱響應特性和均溫特性;使用漸變模型設計的深溝槽微熱管具有更好的導熱能力。最后,對微熱管進行切割后觀察測量其成型效果,結(jié)果表明微熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)達到了預期設計效果。這些結(jié)果說明在3D增材制造的幫助下,熱管導熱性能可在減小熱管空間的同時得到進一步提高,熱管可能成為機械零件的一部分從而使后者具有自動熱平衡功能。這一新設計方法和3D增材制造熱管的嘗試對未來多功能零部件的設計與制造有積極探索意義。
【關鍵詞】：熱管 吸液芯 增材制造 傳熱性能 多功能零部件
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 主要符號9-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 引言11-13
• 1.2 熱管及其吸液芯的研究進展13-20
• 1.2.1 熱管的工作原理13-14
• 1.2.2 微型熱管的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 吸液芯的類型及應用15-20
• 1.3 熱管的制造工藝20-21
• 1.4 增材制造的研究進展21-22
• 1.5 本文的目標及研究內(nèi)容22-25
• 1.5.1 本文的研究目標及意義22-23
• 1.5.2 本文的研究內(nèi)容23-25
• 2 梯形溝槽微熱管的傳熱理論25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 梯形溝槽吸液芯的參數(shù)模型25-27
• 2.2.1 最大毛細壓力26
• 2.2.2 孔隙率26
• 2.2.3 滲透率26-27
• 2.3 熱管的傳熱極限分析27-32
• 2.3.1 毛細極限27-30
• 2.3.2 沸騰極限30-31
• 2.3.3 攜帶極限31
• 2.3.4 冷凍啟動極限31
• 2.3.5 黏性極限31-32
• 2.4 本章總結(jié)32-33
• 3 新型溝槽微熱管的設計與增材制造33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 適用于EOS M280型金屬 3D打印機的三維模型33-35
• 3.3 溝槽吸液芯的設計35-41
• 3.3.1 溝槽參數(shù)的設計35-40
• 3.3.2 梯形溝槽微熱管其他參數(shù)的設計40-41
• 3.4 增材制造成型的溝槽微熱管主體41
• 3.5 熱管主體材料與工作液體的選擇41-44
• 3.5.1 工作液體42-43
• 3.5.2 相容性43-44
• 3.6 封裝與充液44-46
• 3.6.1 清洗44-45
• 3.6.2 焊尾45
• 3.6.3 充液與封死45-46
• 3.7 本章總結(jié)46-47
• 4 新型溝槽微熱管傳熱實驗及分析47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 實驗裝置47-49
• 4.2.1 加熱系統(tǒng)47-48
• 4.2.2 溫度測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)48-49
• 4.3 實驗方案49-50
• 4.4 傳熱性能參數(shù)50-51
• 4.5 增材制造微熱管的工作性能與可靠性51-54
• 4.5.1 熱響應特性51-52
• 4.5.2 均溫特性52-54
• 4.6 梯形溝槽微熱管傳熱性能54-59
• 4.6.1 充液對傳熱性能的影響54-56
• 4.6.2 加熱功率對傳熱性能的影響56-58
• 4.6.3 傾斜與旋轉(zhuǎn)對傳熱性能的影響58-59
• 4.7 漸變溝槽對傳熱性能的影響59-62
• 4.8 本章總結(jié)62-65
• 5 增材制造微熱管的成型效果及應用65-77
• 5.1 引言65
• 5.2 增材制造微熱管的成型效果65-72
• 5.2.1 軸向梯形溝槽成型分析66-69
• 5.2.2 周向溝槽成型分析69
• 5.2.3 增材制造微熱管表面形貌分析69-72
• 5.3 增材制造熱管的應用72-75
• 5.3.1 高性能的吸液芯72-73
• 5.3.2 空間適應強的熱管73-74
• 5.3.3 集成熱管的多功能零部件74-75
• 5.4 本章總結(jié)75-77
• 6 結(jié)論77-81
• 6.1 研究總結(jié)77-78
• 6.2 創(chuàng)新點78-79
• 6.3 不足與展望79-81
• 致謝81-83
• 參考文獻83-89
• 附錄89
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文和科研成果89

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