针翅平板微热管传热性能分析及其实验研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）针翅平板微热管传热性能分析及其实验研究李成彬二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501093广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）针翅平板微热管传热性能分析及其实验研究李成彬指导教师姓名、职称：魏昕教授专业或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceHEAT-TRANSFERANALYSISOFP

2、IN-FINOFMICRO-HEATPIPEANDEXPERIMENTALRESEARCHCandidate：LiCheng-BinSupervisor：Prof.Wei-xinMay,2018FacultyofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要近年来，随着电子产品迅速更新，电子产品的热流密度也不断增大。散热是导致电子产品寿命减短的重要原因。为了提高电子产品的寿命，研究者需要解决电子产品内部空间散热问题。而微热管凭借较

3、好的等温性能以及高热导率等优点，已经成为电子产品解决散热问题的首要选择。所以本文在师兄提出的一种新型平板微热管基础上研究针翅沟槽平板微热管的传热性能并进行激光制备。1．首先研究针翅沟槽平板微热管的热阻网络模型，重点分析对传热性能有重要影响的蒸发端段沸腾热阻，并根据蒸发端沸腾热阻公式建立平板微热管蒸发端针翅结构物理模型。对已建立针翅蒸发端物理模型使用MATLAB软件进行计算，得到针翅结构尺寸。然后建立针翅沟槽平板微热管的各种主要传热极限模型并代入数值计算。最后根据计算得到的各种主要传热极限理论值来判定针翅沟槽平板热管的最大加热极限功率理论值。结果发现，针翅沟槽平板微热管的传热性能与

4、毛细极限有关。当微热管工作温度为45℃时，针翅平板微热管的传热极限是23.46W。该传热极限模型计算出的功率值作为第五章针翅沟槽平板微热管的传热性能实验加热功率选取依据。2．通过研究针翅结构对沸腾相变传热实验的影响来对计算出的针翅结构尺寸进行验证，并搭建沸腾相变传热实验平台，以温差作为沸腾相变传热性能的评价指标。实验结果可知，当针翅结构高为0.3mm，宽为0.2mm，横向间距0.3mm，纵向间距0.3mm时，所测试的加热面温差最小，符合沸腾相变传热的原理。且该结构下的针翅尺寸与第二章针翅结构优化计算值基本一致，说明该结构下的蒸发端沸腾传热性能较优，为针翅沟槽平板微热管的制备提供针

5、翅尺寸。3．围绕蒸发端针翅结构尺寸进行制备针翅沟槽平板微热管，完成管壳材料与工作液体的选择、激光对铜材料加工、吸液芯的制备、微热管尺寸的设计及焊接组装、检漏、注液抽真空、密封等工艺。4．搭建针翅沟槽平板微热管传热实验平台，对已制备好的针翅沟槽平板微热管进行传热性能研究。测试热管传热性能实验主要围绕两部分进行。一部分实验是验证针翅沟槽平板微热管的传热性能较优。另一部分实验是探究倾斜角度、管内压强影响因子对针翅沟槽平板微热管的传热性能影响。I广东工业大学硕士学位论文第一部分实验研究针翅沟槽平板微热管的最大极限功率和纯铜板、空管、沟槽针翅平板微热管的传热性能以及不同针翅尺寸的沟槽平板微

6、热管传热性能，由三种实验可以得出以下结论：（1）当加热功率为22W时，针翅沟槽平板微热管的两端温差最大5℃。符合微热管正常工作时，蒸发端与冷凝端两端的温差最大不应超过5℃的原则。针翅沟槽平板微热管的最大极限功率实验值与理论计算值23.46W较为接近。（2）因为空管内部空气对流换热，所以空管温差上升速度比纯铜板要慢，而针翅沟槽平板微热管的温差稳定且不超过5℃。纯铜板的热阻最大，空管的热阻大约是纯铜板的一半，针翅沟槽平板微热管的热阻远小于纯铜板和空管。所以针翅沟槽平板微热管的传热性能远好于纯铜板和空管。当纯铜板的温差为19℃时，热阻为0.9℃/W。当空管的温差是18℃时，热阻为0.5

7、5℃/W。针翅沟槽平板微热管的热阻随着加热功率的升高也减小，当针翅沟槽平板微热管两端温差为4.8℃时，热阻是0.16℃/W。（3）翅宽为0.2mm时的平板微热管两端的温差比翅宽为0.3mm的平板微热管温差要小。翅宽为0.2mm的沟槽平板微热管的最大极限功率高于翅宽0.3mm的沟槽平板微热管，从微热管传热实验角度进一步验证第二章的针翅理论计算结果。第二部分实验研究研究倾斜角度、管内压强影响因素对针翅沟槽平板微热管传热性能的影响。由以上两种实验得出结论：（1）当热管倾斜角度为90°，