本文關(guān)鍵詞：基于植物葉片結(jié)構(gòu)的仿生均熱板研究

  更多相關(guān)文章： 毛細(xì)壓力 滲透率 葉脈分形網(wǎng)絡(luò) 均熱板 吸液芯 傳熱性能

【摘要】：作為微電子、光電領(lǐng)域的兩大基本元件,CPU和LED的發(fā)展和進(jìn)步受到目前散熱效率的嚴(yán)重制約。由于熱量的大量聚集,會(huì)導(dǎo)致電子器件和設(shè)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?qū)徂D(zhuǎn)變?yōu)槎S面?zhèn)鳠?實(shí)現(xiàn)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(jīng)常會(huì)遭受熱的灼燒作用,同樣面臨散熱問題。植物的雙向運(yùn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)過億萬年的自然進(jìn)化,已經(jīng)形成了一種優(yōu)化的傳熱傳質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此尋求通過對葉脈傳輸系統(tǒng)的研究,改進(jìn)現(xiàn)有的均熱板吸液芯結(jié)構(gòu)具有重要意義。本文以植物葉脈系統(tǒng)為研究對象,對植物葉脈系統(tǒng)的流動(dòng)與傳熱性能、基于植物葉脈分形網(wǎng)絡(luò)的吸液芯以及均熱板進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要研究工作如下:(1)植物葉脈的流動(dòng)與傳熱去除細(xì)脈的情況下,分析主脈與側(cè)脈之間的分形角度對葉脈對稱與非對稱流動(dòng)與傳熱的影響;考慮植物細(xì)脈時(shí),通過Voronoi圖來隨機(jī)生成多邊形網(wǎng)絡(luò),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(yīng)的矢量模型。建立真實(shí)植物葉脈與模擬葉脈的數(shù)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。(2)葉脈分形網(wǎng)絡(luò)在吸液芯中的應(yīng)用通過分形原理,基于植物葉脈分布結(jié)構(gòu),提出葉脈分形網(wǎng)絡(luò)模型。建立葉脈分形網(wǎng)絡(luò)在長度和高度方向上的毛細(xì)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(wǎng)絡(luò)的流阻模型。與平行通道的毛細(xì)壓力和流阻進(jìn)行對比,獲得與葉脈分形網(wǎng)絡(luò)在占有相同面積上,提供與葉脈分形網(wǎng)絡(luò)相同的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力時(shí)所需要的平行微通道數(shù)量和實(shí)際能夠加工的微通道數(shù)量。建立葉脈分形網(wǎng)絡(luò)的滲透率模型,揭示葉脈分形網(wǎng)絡(luò)在提高滲透率方面的作用。通過分析葉脈分形網(wǎng)絡(luò)與平行結(jié)構(gòu)在自吸力以及多邊形回路在流動(dòng)中的作用,揭示葉脈分形網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)根據(jù)植物葉片的運(yùn)輸原理,提出基于植物葉脈運(yùn)輸系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu),該概念結(jié)構(gòu)由葉脈分形滲透網(wǎng)絡(luò)和多孔組織構(gòu)成。用葉脈分形滲透網(wǎng)絡(luò)來模擬真實(shí)葉脈,多孔結(jié)構(gòu)(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(dòng)模型,獲得概念吸液芯的有效滲透率。用多孔結(jié)構(gòu)滲透率對概念結(jié)構(gòu)滲透率進(jìn)行無量綱化,獲得與概念結(jié)構(gòu)相關(guān)的尺寸參數(shù)。建立概念結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)分形結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型,獲得概念結(jié)構(gòu)的速度場和溫度場,揭示概念結(jié)構(gòu)在流動(dòng)與傳熱中的優(yōu)點(diǎn)。(4)概念結(jié)構(gòu)吸液芯采用化學(xué)腐蝕的方法對概念結(jié)構(gòu)吸液芯進(jìn)行加工,獲得微通道截面為T形的吸液芯結(jié)構(gòu),并建立微通道截面的毛細(xì)壓力模型。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),獲取均熱板冷凝端上表面各點(diǎn)的溫度以及蒸發(fā)端下表面中心溫度,計(jì)算均熱板熱阻。測量均熱板在不同輸入功率、充液率、工質(zhì)、風(fēng)速條件下的傳熱熱阻。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),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(jié)樹枝狀紫銅粉形成吸液芯結(jié)構(gòu),燒結(jié)粉末粒徑為48μm。為了能進(jìn)行多次測量和拆裝方便,將均熱板用螺栓進(jìn)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(xué)腐蝕和機(jī)械雕刻加工呈矩形形狀的冷凝端吸液芯結(jié)構(gòu);蒸發(fā)端為燒結(jié)球形粉末,燒結(jié)粒徑為96~270μm,將蒸發(fā)端與冷凝端進(jìn)行擴(kuò)散焊接封裝,測試均熱板的均溫性能和傳熱性能。
【關(guān)鍵詞】：毛細(xì)壓力 滲透率 葉脈分形網(wǎng)絡(luò) 均熱板 吸液芯 傳熱性能
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(lǐng)域的應(yīng)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(diǎn)28-29
• 1.4 均熱板的吸液芯結(jié)構(gòu)29-33
• 1.4.1 燒結(jié)粉末型吸液芯29-30
• 1.4.2 溝槽型吸液芯30-31
• 1.4.3 燒結(jié)絲型網(wǎng)型吸液芯31-32
• 1.4.4 復(fù)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(yùn)輸原理33-37
• 1.5.2 植物散熱原理37-38
• 1.6 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容38-40
• 1.6.1 課題來源38-39
• 1.6.2 研究目標(biāo)39
• 1.6.3 研究內(nèi)容39-40
• 1.7 本章小結(jié)40-42
• 第二章 植物葉脈的分布對流動(dòng)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(jì)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(shù)值模型44-48
• 2.3 無細(xì)脈時(shí)植物葉脈的流動(dòng)與傳熱性能48-50
• 2.3.1 無細(xì)脈時(shí)植物葉脈的壓降48-49
• 2.3.2 無細(xì)脈時(shí)植物葉脈的散熱49-50
• 2.4 細(xì)脈對植物葉脈流動(dòng)與傳熱性能的影響50-56
• 2.4.1 細(xì)脈對壓力性能的影響50-51
• 2.4.2 細(xì)脈對散熱的影響51-53
• 2.4.3 多邊形結(jié)構(gòu)的影響53-56
• 2.5 數(shù)值模擬結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證56-59
• 2.6 葉脈分形網(wǎng)絡(luò)對吸液芯設(shè)計(jì)的啟示59
• 2.7 本章總結(jié)59-61
• 第三章 葉脈結(jié)構(gòu)在吸液芯中的應(yīng)用61-88
• 3.1 前言61-63
• 3.2 微通道毛細(xì)壓力模型63-66
• 3.2.1 微通道在高度方向上的向毛細(xì)壓力63-64
• 3.2.2 微通道自吸力評價(jià)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(wǎng)絡(luò)的滲透率模型76-84
• 3.4.1 葉脈分形網(wǎng)絡(luò)在高度方向上的滲透率76-78
• 3.4.2 葉脈分形網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(jié)87-88
• 第四章 基于植物葉片的概念結(jié)構(gòu)及其性能88-109
• 4.1 前言88-89
• 4.2 概念結(jié)構(gòu)的滲透模型89-98
• 4.2.1 帶滲透壁微通道運(yùn)輸模型89-94
• 4.2.2 概念結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的滲透性能101-103
• 4.4.1 有效滲透率的影響參數(shù)101-102
• 4.4.2 與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對比與討論102-103
• 4.5 概念結(jié)構(gòu)的流動(dòng)與傳熱103-107
• 4.5.1 概念結(jié)構(gòu)的流動(dòng)模型103-105
• 4.5.2 概念結(jié)構(gòu)溫度與壓力降105-107
• 4.6 本章小結(jié)107-109
• 第五章 概念結(jié)構(gòu)在吸液芯中的應(yīng)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(xué)腐蝕114-115
• 5.2.3 微通道毛細(xì)壓力模型115-117
• 5.2.4 吸液芯參數(shù)及微通道表面質(zhì)量117-119
• 5.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(diǎn)的溫度130-131
• 5.6 實(shí)驗(yàn)誤差及不確定性分析131-132
• 5.7 本章小結(jié)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)148-150
• 結(jié)論與展望150-154
• 參考文獻(xiàn)154-166
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果166-168
• 致謝168-170
• 附件170

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：888817