新型玻璃丝纤维吸液芯结构平板式微热管的研究

论文摘要

本文提出了一种新型的以玻璃丝纤维为吸液芯结构的平板式微型热管,并对其进行了建模仿真以及实验方面的研究。平板式微型热管依靠其传热效率高,均温性好,无需外加动力及其结构上的特点,能够有效解决微小空间内高热流密度电子设备的散热问题,在集成电路芯片、航空航天、生物医药等领域有着广泛的应用。之前的平板式微型热管大多采用微型槽道作为吸液芯结构,但微槽道式平板热管具有以下的缺点:截面形状具有局限性;槽道的数量受热管宽度的影响;汽液界面剪切摩擦力降低了热管的传热能力。针对以上问题,本文提出了一种以玻璃丝纤维为吸液芯结构的平板式微型热管。对于这种新型的热管,玻璃丝纤维可以多层排列以形成较多的槽道;由玻璃丝纤维形成的槽道尖角区锐利,可以提供较大的毛细力;气体工质和液态工质的流通通道是完全分开的,避免了汽液界面剪切摩擦力的产生。本文首先对新型热管进行了结构设计,选用玻璃丝纤维作为吸液芯结构,紫铜为基底材料,乙醇作为工作液体。然后对新型热管进行了毛细流动的理论分析和数值模拟。通过简化建立了一维稳态模型,以分析工质在热管内的流速,蒸发端的弯月面半径值,并计算其最大传热量;另外,采用模型模拟仿真和实际分析相结合的方法得出了玻璃丝的最佳直径。为了验证本文所建立模型的准确性,对制作完成的热管进行了测试分析,实验得到了热管的最大传热量,其结果与模型仿真结果相吻合;另外,通过将测试结果与常规的微槽道式平板热管的对比发现,在相同的加热功率下,本文提出的新型热管具有更好的传热特性和较大的传热量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 微型热管国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 微型热管的理论基础
• 2.1 热管的基本工作原理
• 2.2 微型热管的基本工作原理
• 2.3 微型热管的传热极限分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 纤维吸液芯平板微热管的提出与建模
• 3.1 玻璃丝纤维吸液芯结构平板微热管
• 3.1.1 工作温度
• 3.1.2 管壳材料的选择
• 3.1.3 工作液体的选择
• 3.1.4 吸液芯的选择
• 3.1.5 玻璃丝纤维吸液芯结构平板式微型热管的提出
• 3.2 纤维吸液芯平板微热管内毛细流动一维稳态模型
• 3.2.1 微型热管的几何参量
• 3.2.2 连续性方程
• 3.2.3 气体工质的动量守恒方程
• 3.2.4 液态工质的能量守恒方程
• 3.2.5 边界条件
• 3.2.6 控制方程的变换
• 3.2.7 模型的说明
• 3.3 本章小结
• 第4章 稳态模型的仿真结果及分析和实验结果分析
• 4.1 稳态模型的仿真结果及分析
• 4.1.1 最大传热量的计算
• 4.1.2 工质在通道内的流速
• 4.1.3 蒸发端的等效弯月面半径
• 4.1.4 玻璃丝纤维的直径对热管传热性能的影响
• 4.2 微型热管的测试与分析
• 4.2.1 测试平台的搭建
• 4.2.2 测试结果及分析
• 4.3 与槽道式平板微热管的比较与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢