本文關鍵詞：相變力驅動機制的環(huán)路熱管設計與實驗研究

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【摘要】：近年來,電子技術迅猛發(fā)展,核心部件的研制向著小型化,集成化的方向邁進,以計算機芯片為代表的高熱流密度器件的散熱問題就成為制約其性能提高的關鍵問題。環(huán)路熱管憑借著非動力循環(huán)的結構以及高效的傳熱效率等優(yōu)勢,被公認為是解決電子領域散熱難題的最佳手段之一。為了適應芯片日益增高的熱流密度,對環(huán)路熱管傳熱效率的提高也提出了新的理論與技術的挑戰(zhàn)。人們致力于傳統(tǒng)毛細芯環(huán)路熱管的結構改進,其目的是為了使環(huán)路熱管的換熱效果得到強化。毛細相變回路傳熱機制的特征是通過毛細芯產(chǎn)生的毛細力來驅動工質流動,主要利用流體的相變來傳遞熱量。但毛細相變回路傳熱機制所表現(xiàn)出的缺陷是,(1)在工質流動循環(huán)中,氣液相界面位于毛細芯內(nèi),在多孔介質層產(chǎn)生兩相流動;(2)蒸發(fā)器的兩端都可能伴有相變發(fā)生,導致主流相變工質會有小部分反相流動使循環(huán)流動阻力增加。能否改變蒸發(fā)器的結構,避免在毛細芯內(nèi)發(fā)生相變,重新認識并設法改善氣液相變對工質循環(huán)產(chǎn)生的驅動力?這就是本文所要研究的內(nèi)容。本文提出了一種蒸發(fā)器為環(huán)形結構以相變力為驅動機制的環(huán)路熱管,在結構設置上形成傳熱與傳質的相對分離,在驅動工質循環(huán)理論上進行了根本的改變。圍繞這種新的傳熱機制結構的環(huán)路熱管,本文展開了如下研究:設計及研制了閉路循環(huán)的以相變力為驅動機制的新型環(huán)路熱管,圓形蒸發(fā)段設有相變空間結構,使得工質在蒸發(fā)段內(nèi)的相變僅發(fā)生在該空間區(qū)域,形成氣液相對分離的工作狀態(tài),從而減小系統(tǒng)流動阻力與傳熱阻力,來提高傳熱性能。依據(jù)氣液分離的傳熱機制,在減小系統(tǒng)流動阻力與傳熱阻力的同時,使熱管的傳熱性能得到提高。依據(jù)氣液分離的傳熱機理,建立合理的氣液界面數(shù)學模型,分析系統(tǒng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下的壓力平衡條件,推導出其極限驅動條件公式。建立了強化相變力環(huán)路熱管性能測試的實驗平臺,研究了多孔材料、相變空間、重力及工質充注量等因素對環(huán)路熱管傳熱性能的影響。通過實驗研究與理論分析,探明得到使其循環(huán)阻滯與最佳工作狀態(tài)兩個極端的條件,分析出多因素及其耦合作用對其性能的影響。實驗結果證實了該熱管設計結構的可行性和其理論支撐,為下一步重點圍繞相變與界面?zhèn)鬟f理論等問題的深入研究奠定了基礎,展現(xiàn)出了應用基礎研究所具有的創(chuàng)新探索魅力。
【學位授予單位】：天津商業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172.4

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