环路热管的热输送性能研究

论文摘要

随着科技的发展,半导体器件集成度大大提升,电子器件向着高容量、微型化的趋势发展,处理器和控制器芯片的主频和效率越来越高,导致单位容积上的芯片功耗急剧增加,从而产生了致命的高热流密度问题。目前,高热流密度芯片热控制问题已成为当前制约高集成度芯片技术发展的关键。目前有关热控制技术方面的研究多集中在相变冷却技术方面,其中研究最多的是热管。但传统热管受到连续流动极限、冷冻启动极限、黏性极限、声速极限、携带极限、毛细极限、冷凝极限和沸腾极限的限制,存在着缺陷。目前,环路热管成为了解决这一问题的热点话题,由于它能够合理地组织蒸发和冷凝过程,再加上其优良的传热性能和结构特性,已经开始应用于电子和航空航天设备的冷却领域。本文分析了影响烧结毛细芯性能的几种主要因素,详细的介绍了根据这些影响参数自行设计的三种毛细夹层厚度分别为3mm、5mm和7mm的毛细芯结构制作过程,并根据当前电子散热要求,设计制作了三种环路热管。根据自己制作的环路热管,自行搭建了实验测试系统,分别进行了不同毛细芯加层厚度对环路热管启动性能影响、储液室安装散热器对环路热管启动性能影响、不同毛细夹层厚度对环路热管热输送性能的影响、周期性改变功率对环路热管热输送性能的影响以及不同冷凝器位置对环路热管热输送性能的影响等实验研究。根据本文的理论分析和实验研究得到如下结论:(1)随着毛细夹层结构厚度的增加,环路热管的启动性更加优越。(2)在储液室加装散热器可以改善环路热管的启动性能。(3)环路热管的热输送性能随着毛细夹层厚度的增加而得到显著改善。(4)在周期性改变蒸发器加热功率情况下,环路热管的热输送性能出现周期性变化,同一加热功率改变前后(增加或者减少)具有较好的对称性,这说明环路热管具有较稳定的热输送性能特性,除了能够适应发热功率稳定的场合外,还能够适应发热功率不稳定的应用场合。(5)冷凝器位置对环路热管的启动性能和热输送性能具有重要影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 环路热管介绍
• 1.2 国内外对环路热管的研究现状
• 1.2.1 国外对环路热管的研究
• 1.2.2 国内对环路热管的研究
• 1.2.3 环路热管的应用研究
• 1.3 本课题研究目的及主要内容
• 1.3.1 研究目的及意义
• 1.3.2 研究的主要内容
• 第二章 LHP 工作原理和理论基础
• 2.1 环路热管工作原理及其优点
• 2.2 环路热管（LHP）的理论基础
• 2.2.1 环路热管压降分析
• 2.2.2 环路热管（LHP）的热阻模型
• 2.2.3 储液室与工质填充量
• 2.2.4 环路热管的四种工作限制
• 2.2.5 自动调节特性
• 2.3 本章小结
• 第三章 环路热管加工制作与实验系统设计
• 3.1 蒸发器的设计
• 3.2 毛细芯材料及各参数的确定
• 3.3 蒸发器的加工制作
• 3.4 环路热管的设计与加工
• 3.5 实验系统设计
• 3.5.1 实验测试设备
• 3.5.2 实验测试平台和实物图
• 3.6 本章小结
• 第四章 环路热管的热输送性能分析
• 4.1 环路热管的启动性能
• 4.1.1 不同厚度的毛细夹层对LHP 低功率启动性能的影响
• 4.1.2 不同储液室散热条件对环路热管启动性能的影响
• 4.1.3 热阻分析
• 4.2 毛细加层厚度对环路热管热输送性能的影响
• 4.2.1 毛细夹层为3mm 环路热管热输送性能
• 4.2.2 毛细夹层为5mm 环路热管热输送性能
• 4.2.3 毛细夹层为7mm 环路热管热输送性能
• 4.3 周期性改变功率对环路热管热输送性能的影响
• 4.4 冷凝器位置对环路热管的热输送性能影响
• 4.4.1 冷凝器水平放置时环路热管的热输送性能
• 4.4.2 冷凝器在蒸发器上方时环路热管的热输送性能
• 4.4.3 冷凝器在蒸发器下方时环路热管的热输送性能
• 4.4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢