本文關鍵詞：基于低熔點合金的相變儲能式散熱器瞬態(tài)性能實驗研究

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【摘要】：為了評估低熔點合金在相變儲能式熱管理技術中的應用潛力,本文通過實驗方法研究了采用低熔點合金作為相變材料的儲熱式散熱器在短時大熱流密度工況下的瞬態(tài)性能。首先,選取某種鉛錫銦合金(熔點約為60℃)作為研究對象,通過差示掃描量熱法、瞬態(tài)平面熱源法、阿基米德排水法等測試方法,根據GB/T1425-1996、ASTM E1269-2011、 GB/T3850-1983等材料物性測試標準,對合金的相變焓、相變溫度、比熱、導熱系數、密度、單位體積儲熱密度等關鍵物性進行較為全面的測試,并將結果與熔點相近的有機相變材料十八醇進行比較。結果發(fā)現,該種鉛錫銦合金在固態(tài)下的導熱系數約為7.1 W/(m·K),相比于十八醇提升了26倍；單位體積儲熱密度為2.17×105 kJ/m3,相比于十八醇提升了2%。表明該種鉛錫銦合金同時具備了良好的導熱和儲熱能力,將該鉛錫銦合金應用于電子器件的熱管理系統(tǒng)之中有較大優(yōu)勢。接著,設計并搭建相變儲能式散熱器的瞬態(tài)性能實驗平臺,選用該種鉛錫銦合金作為加載的相變材料,研究散熱器在熱流密度為28.76、56.12、83.64、105.32、136.99 W/cm2的持續(xù)性加熱條件下的瞬態(tài)性能,并與不加載任何相變材料的散熱器性能相比較。結果表明,基于鉛錫銦合金的相變儲能式散熱器對冷卻目標的保護時間分別為512 s、140.5 s、70 s、47 s和36.5 s。當熱流密度為28.76 W/cm2時, 鉛錫銦合金散熱器對冷卻目標的有效保護時間比不采用相變材料的散熱器延長129.6%,當熱流密度為136.99 W/cm2時,該值減為14%。隨著熱流密度的增加,鉛錫銦合金對散熱器性能的提升效果逐漸減弱。最后,將鉛錫銦合金相變儲能式散熱器與十八醇相變儲能式散熱器性能相比較,并對冷卻目標溫度變化和相變材料內部溫度變化進行分析研究。結果表明,當熱流密度為28.76W/cm2時,鉛錫銦合金散熱器對冷卻目標的有效保護時間比采用十八醇延長78.4%�；谑舜嫉南嘧儍δ苁缴崞髟�56.12 W/cm2的熱流密度下已經失效。而基于鉛錫銦合金的相變儲能式散熱器在136.99 W/cm2的熱流密度下才發(fā)生失效。相對于十八醇相變儲能式散熱器,鉛錫銦合金相變儲能式散熱器能夠抵抗更長時間和更大熱流密度的熱沖擊,能夠在更高的短時發(fā)熱功率和更大的熱流密度下正常工作。
【關鍵詞】：低熔點合金 散熱器 熱管理 相變儲能
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;TK172
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 主要符號表9-13
• 1 緒論13-26
• 1.1 研究背景及意義13
• 1.2 相變儲能材料及性質13-18
• 1.2.1 無機水合鹽15-16
• 1.2.2 有機相變材料16-17
• 1.2.3 金屬相變材料17-18
• 1.3 相變儲能式散熱器及優(yōu)化18-23
• 1.3.1 相變儲能式散熱器適用條件19
• 1.3.2 相變溫度優(yōu)化19
• 1.3.3 散熱器傾角優(yōu)化19-20
• 1.3.4 散熱器翅片優(yōu)化20-21
• 1.3.5 復合相變材料21-23
• 1.4 低熔點金屬及合金的相關研究23-24
• 1.4.1 流動特性相關研究23-24
• 1.4.2 儲能特性相關研究24
• 1.5 課題的研究內容24-26
• 2 相變材料的選擇及物性測試26-42
• 2.1 相變材料的選擇26-27
• 2.2 相變材料的熔化溫度、熔化潛熱測試27-32
• 2.2.1 測試儀器27-29
• 2.2.2 測試操作步驟29-30
• 2.2.3 測試結果與分析30-32
• 2.3 比熱測試32-34
• 2.3.1 測試原理32-33
• 2.3.2 測試操作步驟33
• 2.3.3 測試結果與分析33-34
• 2.4 導熱系數測試34-37
• 2.4.1 測試儀器34-35
• 2.4.2 測試原理35-36
• 2.4.3 測試過程36
• 2.4.4 結果與分析36-37
• 2.5 密度測試37-39
• 2.5.1 測試平臺及原理37-38
• 2.5.2 測試操作步驟38-39
• 2.5.3 測試結果與分析39
• 2.6 單位體積儲熱量計算39-40
• 2.7 物性測試中的儀器參數及誤差40
• 2.8 本章小結40-42
• 3 相變儲能式散熱器實驗臺的設計和調試42-49
• 3.1 實驗臺的設計與搭建42-46
• 3.2 實驗內容與實驗工況設計46-48
• 3.2.1 實驗內容設計46-47
• 3.2.2 實驗過程和實驗工況47-48
• 3.3 本章小結48-49
• 4 持續(xù)性加熱條件下散熱器的瞬態(tài)性能49-67
• 4.1 加載鉛錫銦合金的相變儲熱式散熱器的瞬態(tài)性能49-53
• 4.2 加載與未加載鉛錫銦合金的散熱器的性能比較53-56
• 4.2.1 加載鉛錫銦合金對加熱過程的影響53-54
• 4.2.2 對冷卻目標的保護時間54-55
• 4.2.3 等效熱阻55-56
• 4.3 與加載十八醇的儲能式散熱器的性能比較56-66
• 4.3.1 加載十八醇的相變儲能式散熱器的典型溫度變化曲線56-59
• 4.3.2 兩種相變儲能式散熱器性能比較59-66
• 4.4 本章小結66-67
• 5 結論及展望67-69
• 5.1 結論67
• 5.2 展望67-69
• 參考文獻69-76
• 攻讀碩士學位期間研究成果76

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本文編號：543695