回路热管自激振荡相变传热机理研究

论文摘要

随着电子技术的飞速发展,电子及相关产业更加趋于小型化、集成化和高频化,从而导致单位容积电子设备的热流密度剧增。众所周知,超过55%的电子设备的失效形式是由高温引起的,热流密度的不断升高对电子器件热可靠性和热设计提出了更高的要求,即散热技术面临空前的挑战。面对这一挑战,振荡热管散热技术发挥了其特有的优势,有效控制了电子元件温度过高的难题。本论文研究的主题是“回路型振荡热管自激振荡相变传热机理研究”,旨在探讨加热功率、弯头数、冷热段长度比、冷却流体温度及流量等对电子元件表面温度分布及振荡热管传热性能的影响,通过采用数值模拟和实验验证获得各影响因素对的最优组合,保证电子元件的温度分布能够满足系统可靠性指标的要求是本论文的最终目的。本论文的具体研究内容包括以下几个方面：1.总结几何参数、物性参数、加热功率以及充液量等参变量对振荡热管内汽液两相振荡和传热传质的影响,得出描述其传热的函数式。因此,本论文基于振荡热管传热热阻网络模型,建立蒸发段、冷凝段、冷却流体集总参数数学模型,采用有限差分法对控制方程进行离散,得出有效的控制方程解,进而对振荡热管换热器结构进行优化,使其能够更好的降低电子元件表面温度；2.确定振荡热管当量导热系数的函数关系式。导热系数是影响换热器换热量的主要因素,这就要求热管轴向的热阻要很小才能满足在比较小的温差压力下传递比较大的热量的要求。因此对导热系数的理论分析是必要的；3.采用SINDA/FLUINT热分析软件模拟振荡热管的换热性能。通过对多种优化组合模拟的计算分析,确定出最优热设计方案,为实验研究奠定基础；4.搭建振荡热管传热性能实验台,将模拟结果与实验结果进行对比分析,从而有效地论证了理论分析的正确性且优化了热设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 振荡热管研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 实验研究现状
• 1.3 振荡热管的应用
• 1.3.1 电子领域
• 1.3.2 太阳能领域
• 1.3.3 余热回收
• 1.3.4 改善原材料性能
• 1.4 本文主要研究内容、研究方案和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法和技术路线
• 1.5 本文研究目的与有意义
• 第2章 振荡热管传热性能
• 2.1 振荡热管工作原理
• 2.1.1 振荡热管优点
• 2.1.2 振荡热管缺点
• 2.2 振荡热管影响因素
• 2.2.1 管径
• 2.2.2 弯头数与倾角
• 2.2.3 热流密度
• 2.2.4 冷却方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 数学模型的建立
• 3.1 温度场求解方法
• 3.1.1 有限差分法
• 3.1.2 集总参数法
• 3.2 数学模型建立
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 振荡热管传热热阻模型
• 3.2.3 振荡热管导热系数确定
• 3.2.4 振荡热管数学模型建立
• 3.2.5 振荡热管换热器数学模型建立
• 3.3 数值计算过程
• 3.4 求解工具——SINDA/FLUINT热分析软件
• 3.4.1 软件选取
• 3.4.2 软件应用
• 3.4.3 软件功能
• 3.4.4 软件特点
• 3.4.5 软件优点
• 3.5 本章小结
• 第4章 数值模拟研究及结果分析
• 4.1 模型划分
• 4.2 模拟结果分析
• 4.2.1 加热功率对传输功率的影响
• 4.2.2 弯头数对温度分布影响
• 4.2.3 冷却流体温度对温度分布影响
• 4.2.4 冷热段长度比对温度分布影响
• 4.2.5 质量流量对温度分布影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 热管影响因素实验研究
• 5.1 装置设计与建立
• 5.2 实验内容与结果分析
• 5.2.1 加热功率改变对电子元件温度分布影响
• 5.2.2 冷热段长度比对电子元件温度分布影响
• 5.2.3 冷却流体入口温度对电子元件温度分布影响
• 5.2.4 冷却流体质量流量对电子元件温度分布影响
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢