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微型烧结热管的制备及传热性能的实验研究

作　者: 肖园园
导　师: 胡国新
学　校: 上海交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 电子电力设备散热设计烧结毛细芯热管传热特性
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电子技术迅速发展,电子器件的高频、高速以及集成电路的密集化和小型化,散热问题己成为制约电子技术发展的主要因素之一。因此,电子器件散热技术研究日益重要。而热管作为一种高效的传热手段因其热阻小、均温性能好、安全性能高等特性在电子散热领域里越来越受到重视。本文从另一角度出发,对热管的核心部件——毛细芯进行设计研究,通过改变毛细芯的结构以改善热管的传热性能。烧结毛细芯是一多孔结构材料,本文首先制备出铜-铝-氧化铝复合多孔材料,而后用SEM、XRD等方式对样品的微观结构和物相进行了分析,最后进行了烧结样品的力学性能测试,并对样品临界冒泡温度进行了测试分析。在此基础上本文进行了烧结毛细芯的研制,首先设计加工了含氧化铝纤维的复合毛细芯烧结热管,然后对所制备热管进行传热性能的实验研究。最后,通对烧结热管传热特性进行了实验研究,分析了烧结毛细芯氧化铝纤维含量、造孔剂添加量及热管加热功率及放置倾角等对热管蒸发段换热系数、冷凝段换热系数及热阻及的影响。结果表明,(1)添加造孔剂和氧化铝纤维后,改变了复合多孔材料的孔隙结构,降低了烧结样品的临界冒泡温度,增加了复合多孔材料的孔隙率,使得液体表面张力降低,气泡更容易溢出。(2)烧结芯氧化铝纤维含量对蒸发段换热系数he、冷凝段换热系数hc和烧结热管总热阻R有很大的影响。含30%氧化铝纤维的烧结芯热管的he比含20%纤维的烧结芯热管he平均增加33%左右;hc平均增加14%;R平均减小23 %左右。(3)当热流密度较低时,NaCl造孔剂添加量对he、hc和R的影响都较小;当热流密度增大时,添加NaCl造孔剂的烧结热管的he和hc相对于未加NaCl烧结热管的he和hc有大幅度增加,R有大幅度下降。添加10%NaCl造孔剂的烧结热管he比未添加造孔剂的烧结热管平均增加125%左右,hc平均提高了82%左右,R平均降低42%左右。(4)倾斜角度对蒸发段换热系数he、冷凝段换热系数hc和总热阻R有较大的影响。当倾角较小时he随着倾斜角度的增加而增加,当倾角超过60度后he随着倾角的增加而减小,he在60度时取得最大值。倾角为60度时蒸发段换热系数比水平放置时平均增加了52%左右。hc随着倾斜角度的增加而增大,当倾角达到90度时冷凝段的换热系数取得最大值。当倾角较小时R随着倾斜角度的增加而减小,当倾角超过60度后R随着倾角的增加稍微增加,在60度时取得最小值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
符号说明  14-16
第一章绪论  16-37
  1.1 概述  16-18
  1.2 热管的应用及特点  18-26
    1.2.1 热管的应用  18-19
    1.2.2 热管的基本特性  19-21
    1.2.3 热管的传热极限  21-26
  1.3 热管的发展及研究现状  26-35
    1.3.1 热管的发展  26-34
    1.3.2 热管的国内外研究现状  34-35
  1.4 本课题的目的和意义  35-36
  1.5 本课题的主要研究内容  36-37
第二章复合多孔材料的制备及性能研究  37-49
  2.1 引言  37
  2.2 实验部分  37-40
    2.2.1 复合多孔材料的制备  37-39
    2.2.2 孔隙结构分析  39
    2.2.3 XRD 分析  39
    2.2.4 压缩实验  39
    2.2.5 临界冒泡温度测试  39-40
  2.3 实验结果与讨论  40-48
    2.3.1 样品的SEM 分析  40-41
    2.3.2 实验样品的XRD 分析  41-43
    2.3.3 样品的力学性能分析  43-45
    2.3.4 临界冒泡温度分析  45-48
  2.4 本章小结  48-49
第三章烧结毛细芯多孔材料的制备及毛细抽吸力测量  49-59
  3.1 引言  49-50
  3.2 毛细芯材料的选择  50-51
  3.3 烧结参数的选择  51
    3.3.1 烧结时间  51
    3.3.2 烧结气氛  51
  3.4 烧结毛细芯的制备  51-52
  3.5 烧结过程的理论分析  52-53
  3.6 烧结毛细芯的扫描电镜（SEM）分析  53-55
  3.7 毛细提升高度测量  55-58
    3.7.1 实验原理  55
    3.7.2 实验装置  55-56
    3.7.3 实验结果及分析  56-58
  3.8 小结  58-59
第四章热管的设计和制造  59-67
  4.1 热管的设计  59-62
    4.1.1 工质选择  59
    4.1.2 工作温度  59-61
    4.1.3 管壳设计  61-62
    4.1.4 工质充装量  62
  4.2 热管的制造工艺  62-66
    4.2.1 加工与组装工序  62-63
    4.2.2 清洗  63-64
    4.2.3 组装  64
    4.2.4 检漏  64-65
    4.2.6 充液  65-66
    4.2.7 封接  66
    4.2.8 热管检验  66
  4.3 本章小结  66-67
第五章烧结热管传热性能测试及分析  67-90
  5.1 实验测试装置  67-73
    5.1.1 实验主装置系统图  67-69
    5.1.2 烧结热管结构示意图  69-70
    5.1.3 温度测量及数据采集系统  70-71
    5.1.4 电源及电加热系统  71-72
    5.1.5 冷却系统  72-73
  5.2 实验方法  73-74
    5.2.1 实验说明  73-74
    5.2.2 实验步骤  74
  5.3 误差分析  74-76
  5.4 设备列表  76
  5.5 烧结芯氧化铝纤维含量对烧结热管换热特性的影响  76-80
    5.5.1 烧结芯氧化铝纤维含量对壁面温度分布的影响  76-77
    5.5.2 烧结芯氧化铝纤维含量对蒸发段换热系数的影响  77-78
    5.5.3 烧结芯氧化铝纤维含量对冷凝段换热系数的影响  78-79
    5.5.4 烧结芯氧化铝纤维含量对总热阻的影响  79
    5.5.5 小结  79-80
  5.6 烧结芯 NaCl 添加量对烧结热管换热特性的影响  80-85
    5.6.1 烧结芯 NaCl 添加量对壁面温度分布的影响  80-81
    5.6.2 烧结芯NaCl 添加量对烧结热管蒸发段换热系数的影响  81-82
    5.6.3 烧结芯NaCl 添加量对烧结热管冷凝段换热系数的影响  82-83
    5.6.4 烧结芯NaCl 添加量对总热阻的影响  83-84
    5.6.5 小结  84-85
  5.7 倾斜角度对烧结热管换热特性的影响  85-88
    5.7.1 倾斜角度对壁面温度分布的影响  85
    5.7.2 倾斜角度对烧结热管蒸发段换热系数的影响  85-86
    5.7.3 倾斜角度对烧结热管冷凝段换热系数的影响  86-87
    5.7.4 倾斜角度对烧结热管总热阻的影响  87
    5.7.5 小结  87-88
  5.8 本章小结  88-90
第六章总结和展望  90-93
  6.1 总结  90-92
  6.2 研究展望  92-93
参考文献  93-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间发表或已录用的学术论文  99

微型烧结热管的制备及传热性能的实验研究

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