基于植物叶片结构的仿生均热板研究

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1、瓠耀弼藕杩男焦辔锪蛐醯蛐蛐f博士学位论睁丶又基于植物叶片结构的仿生均热板研究作者姓名彭毅学科专业机械制造及其自动化指导教师刘旺玉教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2o15萑F6月StudyofbionicvaporchamberbasedontheplantleafstructureADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate：PengYiSupervisor：Prof.LiuWangyuSouthChina

2、UniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK124学校代号：10561学号：201110100028华南理工大学博士学位论文基于植物叶片结构的仿生均热板研究作者姓名：彭毅指导教师姓名、职称：刘旺玉教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：机械制造及其自动化研究方向：仿生传热论文提交日期：2015年6月9日论文答辩日期：2015年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王西彬委员：汤勇刘旺玉王清辉万珍平隹南理举：学位论文原创

3、性声明本人郑®声明.•所y交的论文足本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研宂成采。除了文中特别加以标注引用的内容外•本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对木文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。木人完全意识到本声明的法沬后采由本人承担。^日期：2〇/i年“月〇/曰位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文T.作的知识产权单位届準南理工大学。学校有权保存并向国家冇关部门或机构送交论文的g印件和

4、电子版，允许学位论文被S阅（除在保密期内的保密论文外）•.学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：口保密，在_____年解密后适用本授权书*它保密，N意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共亨协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电/•杂志社令文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容，<请在以上相应方框内打“V”）你关口wn./摘要作为微

5、电子、光电领域的两大基本元件，CPU和LED的发展和进步受到目前散热效率的严重制约。由于热量的大量聚集，会导致电子器件和设备的性能下降，甚至有可能造成破坏。均热板作为一种有效的传热元件，将热管的一维轴向导热转变为二维面传热，实现了更高的传热性能。自然界中的植物，尤其是干旱环境中的植物，经常会遭受热的灼烧作用，同样面临散热问题。植物的双向运输与相变散热与均热板的工作原理极为相似。而植物叶脉系统结构经过亿万年的自然进化，已经形成了一种优化的传热传质结构。因此寻求通过对叶脉传输系统的研究，改进现有的均热

6、板吸液芯结构具有重要意义。本文以植物叶脉系统为研究对象，对植物叶脉系统的流动与传热性能、基于植物叶脉分形网络的吸液芯以及均热板进行了系统的研究，主要研究工作如下：（1）植物叶脉的流动与传热去除细脉的情况下，分析主脉与侧脉之间的分形角度对叶脉对称与非对称流动与传热的影响；考虑植物细脉时，通过Voronoi图来随机生成多边形网络，以模拟植物叶脉的多边形回路。摘取新鲜的桂花树叶，通过电子扫描获取叶脉的特征分布，用CAD软件获得相应的矢量模型。建立真实植物叶脉与模拟叶脉的数值模型，通过对比揭示植物叶脉多边

7、形回路的分布规律，通过实验验证数值计算的准确性。（2）叶脉分形网络在吸液芯中的应用通过分形原理，基于植物叶脉分布结构，提出叶脉分形网络模型。建立叶脉分形网络在长度和高度方向上的毛细压力模型；通过电路原理建立长度比l=1和长度比0

8、过分析叶脉分形网络与平行结构在自吸力以及多边形回路在流动中的作用，揭示叶脉分形网络能够提高自吸力，防止通道局部堵塞中的作用。（3）基于植物叶脉的概念结构根据植物叶片的运输原理，提出基于植物叶脉运输系统的概念结构，该概念结构由叶脉分形渗透网络和多孔组织构成。用叶脉分形渗透网络来模拟真实叶脉，多孔结构（包括微柱子和微通道）模拟叶片叶肉组织。建立基于渗透壁的微通道流动模型，获得概念I吸液芯的有效渗透率。用多孔结构渗透率对概念结构渗透率进行无量纲化，获得与概念结构相关的尺寸参数。建立概念结