發(fā)布時間：2017-09-20 15:19

  本文關鍵詞：基于植物葉片結構的仿生均熱板研究

  更多相關文章： 毛細壓力 滲透率 葉脈分形網絡 均熱板 吸液芯 傳熱性能

【摘要】：作為微電子、光電領域的兩大基本元件,CPU和LED的發(fā)展和進步受到目前散熱效率的嚴重制約。由于熱量的大量聚集,會導致電子器件和設備的性能下降,甚至有可能造成破壞。均熱板作為一種有效的傳熱元件,將熱管的一維軸向導熱轉變?yōu)槎S面?zhèn)鳠?實現了更高的傳熱性能。自然界中的植物,尤其是干旱環(huán)境中的植物,經常會遭受熱的灼燒作用,同樣面臨散熱問題。植物的雙向運輸與相變散熱與均熱板的工作原理極為相似。而植物葉脈系統結構經過億萬年的自然進化,已經形成了一種優(yōu)化的傳熱傳質結構。因此尋求通過對葉脈傳輸系統的研究,改進現有的均熱板吸液芯結構具有重要意義。本文以植物葉脈系統為研究對象,對植物葉脈系統的流動與傳熱性能、基于植物葉脈分形網絡的吸液芯以及均熱板進行了系統的研究,主要研究工作如下:(1)植物葉脈的流動與傳熱去除細脈的情況下,分析主脈與側脈之間的分形角度對葉脈對稱與非對稱流動與傳熱的影響;考慮植物細脈時,通過Voronoi圖來隨機生成多邊形網絡,以模擬植物葉脈的多邊形回路。摘取新鮮的桂花樹葉,通過電子掃描獲取葉脈的特征分布,用CAD軟件獲得相應的矢量模型。建立真實植物葉脈與模擬葉脈的數值模型,通過對比揭示植物葉脈多邊形回路的分布規(guī)律,通過實驗驗證數值計算的準確性。(2)葉脈分形網絡在吸液芯中的應用通過分形原理,基于植物葉脈分布結構,提出葉脈分形網絡模型。建立葉脈分形網絡在長度和高度方向上的毛細壓力模型;通過電路原理建立長度比l=1和長度比0l1兩種情況下,葉脈分形網絡的流阻模型。與平行通道的毛細壓力和流阻進行對比,獲得與葉脈分形網絡在占有相同面積上,提供與葉脈分形網絡相同的毛細驅動力時所需要的平行微通道數量和實際能夠加工的微通道數量。建立葉脈分形網絡的滲透率模型,揭示葉脈分形網絡在提高滲透率方面的作用。通過分析葉脈分形網絡與平行結構在自吸力以及多邊形回路在流動中的作用,揭示葉脈分形網絡能夠提高自吸力,防止通道局部堵塞中的作用。(3)基于植物葉脈的概念結構根據植物葉片的運輸原理,提出基于植物葉脈運輸系統的概念結構,該概念結構由葉脈分形滲透網絡和多孔組織構成。用葉脈分形滲透網絡來模擬真實葉脈,多孔結構(包括微柱子和微通道)模擬葉片葉肉組織。建立基于滲透壁的微通道流動模型,獲得概念吸液芯的有效滲透率。用多孔結構滲透率對概念結構滲透率進行無量綱化,獲得與概念結構相關的尺寸參數。建立概念結構與傳統分形結構的數值模型,獲得概念結構的速度場和溫度場,揭示概念結構在流動與傳熱中的優(yōu)點。(4)概念結構吸液芯采用化學腐蝕的方法對概念結構吸液芯進行加工,獲得微通道截面為T形的吸液芯結構,并建立微通道截面的毛細壓力模型。搭建實驗平臺,獲取均熱板冷凝端上表面各點的溫度以及蒸發(fā)端下表面中心溫度,計算均熱板熱阻。測量均熱板在不同輸入功率、充液率、工質、風速條件下的傳熱熱阻。搭建實驗平臺,測量吸液芯在不同流量下的壓力降,通過線性擬合,獲得吸液芯滲透率。(5)仿生均熱板加工分形角度分別為30°、40°、50°、60°、70°六種形式的冷凝端吸液芯,蒸發(fā)端通過燒結樹枝狀紫銅粉形成吸液芯結構,燒結粉末粒徑為48μm。為了能進行多次測量和拆裝方便,將均熱板用螺栓進行封裝。測量均熱板在不同分形角度、充液量、輸入功率和熱流密度下的傳熱性能。通過化學腐蝕和機械雕刻加工呈矩形形狀的冷凝端吸液芯結構;蒸發(fā)端為燒結球形粉末,燒結粒徑為96~270μm,將蒸發(fā)端與冷凝端進行擴散焊接封裝,測試均熱板的均溫性能和傳熱性能。
【關鍵詞】：毛細壓力 滲透率 葉脈分形網絡 均熱板 吸液芯 傳熱性能
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 主要符號表18-25
• 第一章 緒論25-42
• 1.1 課題研究的背景及意義25
• 1.2 均熱板在電子領域的應用25-26
• 1.3 均熱板簡介26-29
• 1.3.1 均熱板歷史26-27
• 1.3.2 均熱板工作原理27-28
• 1.3.3 傳熱特點28-29
• 1.4 均熱板的吸液芯結構29-33
• 1.4.1 燒結粉末型吸液芯29-30
• 1.4.2 溝槽型吸液芯30-31
• 1.4.3 燒結絲型網型吸液芯31-32
• 1.4.4 復合型吸液芯32-33
• 1.4.5 仿生吸液芯33
• 1.5 植物傳輸與散熱33-38
• 1.5.1 植物運輸原理33-37
• 1.5.2 植物散熱原理37-38
• 1.6 研究目標和研究內容38-40
• 1.6.1 課題來源38-39
• 1.6.2 研究目標39
• 1.6.3 研究內容39-40
• 1.7 本章小結40-42
• 第二章 植物葉脈的分布對流動與傳熱性能的影響42-61
• 2.1 引言42-43
• 2.2 基于植物葉脈的計算模型43-48
• 2.2.1 基于植物葉脈的幾何模型43-44
• 2.2.2 基于植物葉脈的數值模型44-48
• 2.3 無細脈時植物葉脈的流動與傳熱性能48-50
• 2.3.1 無細脈時植物葉脈的壓降48-49
• 2.3.2 無細脈時植物葉脈的散熱49-50
• 2.4 細脈對植物葉脈流動與傳熱性能的影響50-56
• 2.4.1 細脈對壓力性能的影響50-51
• 2.4.2 細脈對散熱的影響51-53
• 2.4.3 多邊形結構的影響53-56
• 2.5 數值模擬結果的實驗驗證56-59
• 2.6 葉脈分形網絡對吸液芯設計的啟示59
• 2.7 本章總結59-61
• 第三章 葉脈結構在吸液芯中的應用61-88
• 3.1 前言61-63
• 3.2 微通道毛細壓力模型63-66
• 3.2.1 微通道在高度方向上的向毛細壓力63-64
• 3.2.2 微通道自吸力評價64-66
• 3.3 吸液芯流阻模型66-76
• 3.3.1 吸液芯在長度方向上的流阻66-71
• 3.3.2 流阻的影響因素71-76
• 3.4 葉脈分形網絡的滲透率模型76-84
• 3.4.1 葉脈分形網絡在高度方向上的滲透率76-78
• 3.4.2 葉脈分形網絡在長度方向上的滲透率78-82
• 3.4.3 滲透率的影響因素82-84
• 3.5 葉脈分形網絡的特點84-87
• 3.5.1 提高自吸力84
• 3.5.2 提高滲透率84-85
• 3.5.3 防止局部堵塞85-87
• 3.6 本章小結87-88
• 第四章 基于植物葉片的概念結構及其性能88-109
• 4.1 前言88-89
• 4.2 概念結構的滲透模型89-98
• 4.2.1 帶滲透壁微通道運輸模型89-94
• 4.2.2 概念結構有效滲透率94-98
• 4.3 帶滲透壁微通道流量模型98-101
• 4.4 概念結構的滲透性能101-103
• 4.4.1 有效滲透率的影響參數101-102
• 4.4.2 與傳統結構的對比與討論102-103
• 4.5 概念結構的流動與傳熱103-107
• 4.5.1 概念結構的流動模型103-105
• 4.5.2 概念結構溫度與壓力降105-107
• 4.6 本章小結107-109
• 第五章 概念結構在吸液芯中的應用109-134
• 5.1 引言109-110
• 5.2 概念吸液芯的制造110-119
• 5.2.1 激光刻蝕110-114
• 5.2.2 化學腐蝕114-115
• 5.2.3 微通道毛細壓力模型115-117
• 5.2.4 吸液芯參數及微通道表面質量117-119
• 5.3 實驗平臺的搭建119-121
• 5.4 概念吸液芯性能121-130
• 5.4.1 均溫性能122-124
• 5.4.2 均熱板熱阻124-129
• 5.4.3 吸液芯的滲透性能129-130
• 5.5 均熱板蒸發(fā)端與冷凝端中心點的溫度130-131
• 5.6 實驗誤差及不確定性分析131-132
• 5.7 本章小結132-134
• 第六章 仿生均熱板性能134-150
• 6.1 引言134-135
• 6.2 均熱板制造135-136
• 6.3 均熱板熱阻的影響因素136-143
• 6.3.1 工質136-138
• 6.3.2 充液量138-139
• 6.3.3 分形角度139-141
• 6.3.4 熱流密度141-142
• 6.3.5 均熱板形狀142-143
• 6.4 矩形均熱板性能143-148
• 6.4.1 均熱板結構形式143-145
• 6.4.2 矩形均熱板傳熱性能145-147
• 6.4.3 矩形均熱板溫度均勻性147-148
• 6.5 本章小結148-150
• 結論與展望150-154
• 參考文獻154-166
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果166-168
• 致謝168-170
• 附件170

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 胡幼明,王惠齡;平板熱管中金屬網格填料表面的沸騰傳熱的實驗研究[J];低溫工程;1999年04期

2 董濤,陳運生,楊朝初,畢勤成,吳會龍,鄭國平;仿蜂巢分形微管道網絡中的流動與換熱[J];化工學報;2005年09期

3 蘇俊林,李博,矯振偉;微小矩形多槽道平板熱管的傳熱性能[J];吉林大學學報(工學版);2005年06期

4 白z\;張紅;許輝;丁莉;;流體在組合式吸液芯中的流動阻力[J];南京工業(yè)大學學報(自然科學版);2012年01期

5 洪宇平,李強,宣益民;小型平板熱管傳熱實驗研究[J];南京理工大學學報;2001年01期

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本文編號：888817