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《华南理工大学》 2012年
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自激式振荡流热管热输送性能研究

林梓荣  
【摘要】:随着便携时代的到来,电子产品出现飞速的发展,高效的处理速度要求芯片的集成度越来越高,为此芯片高热流密度散热问题已成为制约电子产品进一步发展的最大瓶颈之一。本文以微电子散热技术为研究背景对自激式振荡流热管(简称为振荡热管)展开研究,采用实验研究,理论推导,数值模拟,可视化观测等手段对其热输送性能进行深入的分析。 实验中通过不同铜-水管式振荡热管的性能测试以及理论推导,分析管内径和特征传热长度对其热输送性能的影响。实验发现:增加管内径和减小特征传热长度均有利于其启动和稳定运行。在垂直底部加热的工况下,管内径是重要的影响因素,建议管内径大于0.8mm;而在水平一侧加热的工况下,特征传热长度的影响变大,建议特征传热长度应该保持在100mm左右。而综合考虑垂直底部加热和水平一侧加热的工况,认为最佳管内径为1.3mm。此外,还通过与小管径烧结热管的对比,发现在垂直底部加热的工况下,振荡热管可以取代传统烧结热管在更小的散热空间中使用,尤其是在高功率的发热工况。而水平一侧加热工况下,振荡热管只能在某些条件下贴近传统烧结热管的性能表现。同时,基于实验测试数据统计以及无因次分析法,拟合出管式振荡热管的性能预测公式,使得可以根据实际应用的条件来预测振荡热管的运行工况。 本文同样对板式振荡热管热输送性能进行实验研究。由于其蛇形通道被内置到板块内,使得应用更为方便。实验中,使用铝板作为内置槽道的载体,丙酮作为工质,采用可视化装置观测其内部流动,并与传统管式振荡热管进行对比。发现板式振荡热管保持了管式振荡热管的运行特性,随着加热功率的增加而经历流型的变化,热输送性能不断提高。与同尺寸的铝板相比,板式振荡热管传热性能明显得到提高。此外,提高冷却温度或者加大加热段的比例,以及增加槽道的截面和数量均能使板式振荡热管获得更低的运行热阻,改善热输送性能。 本文还通过CFD软件(GAMBIT和FLUENT)建立二维的振荡热管模型,对其内部流动和传热过程进行数值模拟。在数值模拟结果与实验数据,以及可视化观测对比后,发现MIXTURE模型要比VOF模型更适合于振荡热管的模拟。在数值模拟中,成功重现了振荡热管的内部工质流动和对应的温度变化,包括:加热段工质受热蒸发产生汽泡的过程;汽泡喷射跨域冷凝区受冷放热的过程以及工质回流加热段的过程;并由此所产生压差变化诱发的汽液塞振荡。最后还通过数值模拟分析管内径和特征传热长度对振荡热管的热输送性能的影响,结论基本与实验结果一致,证明数值模拟具有可靠性。 综合对管式和板式振荡热管的热输送性能的研究结果,尝试把振荡热管技术应用到解决高热流密度散热问题中,并开发相关的散热模组,包括:管式振荡热管的显卡散热模组,板式振荡热管的1U服务器散热模组,板式振荡热管的LED工矿灯散热模组,管式振荡热管的LED圆筒灯散热模组。在与传统散热方案对比中,发现振荡热管技术确实具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK124

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【相似文献】
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