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微槽型平板热管传热性能实验研究

管吉庆  
【摘要】:随着半导体工业的快速发展,电子元器件的热流密度在不断增大。散热问题己成为限制电子技术发展的重要原因。为了更好的解决电子散热方面高热流密度散热问题,提高微槽平板热管的热性能,通过测试和理论分析等方法来研究微槽平板热管的换热特性和机理是很有必要的。所以,本文对微槽平板热管进行仿真和实验研究,为实际应用打下基础。主要工作内容如下:首先,建立微槽平板热管的二维物理模型,应用VOF(Volume of fluid)多相流模型,结合编译的蒸发冷凝模型进行了数值模拟。主要研究充液率和热源功率对流动换热的影响。结果表明,充液率的不同会影响热管传热性能,当充液率为30%时,随着热源功率的增加热管整体温度升高。然后,制作微槽平板热管,搭建微槽型平板热管的实验测试平台。以丙酮作为微槽平板热管的工质进行实验研究。研究了充液率,真空度和热源热流密度对传热性能的影响。结果表明,充液率的不同会影响热管传热性能,充液率为30%,此时热管性能最优。当充液率为30%时,随着热源功率的增大,蒸发段温度的升高,热阻变小,当达到传热极限之后,热管烧干,热阻变大。在传热极限时,热管的最大传热量达到120W,最小热阻为0.44 K/W。此外,还研究了微槽平板热管的蒸干现象和密封不良的微槽平板热管的传热性能。以上实验结果和仿真结果进行对比,可以看出仿真热阻与实验热阻趋势具有一致性。最后,建立热管的热阻网络模型,热阻模型表明工质对传热性能具有很大影响。利用两步法制备了质量浓度分别为0.002wt%,0.005wt%,0.01wt%和0.015wt%的M1(长径比为666的多壁碳纳米管)-丙酮纳米流体和M2(长径比为200的多壁碳纳米管)-丙酮纳米流体代替丙酮对微槽平板热管进行实验优化研究。使用上述纳米流体作为工质,通过实验获得热管壁温来研究热管的传热性能。结果表明,质量浓度的不同影响热管传热性能,且存在最佳质量浓度(0.005wt%)。具有M1-丙酮纳米流体(0.005wt%)和M2-丙酮纳米流体(0.005wt%)热管与丙酮热管对比热阻分别降低40%和16%。此外,结果还表明,相同质量浓度,多壁碳纳米管长径比的不同会影响热管传热。基于上述实验现象,分析了不同质量浓度多壁碳纳米管-丙酮纳米流体改变热管传热性能的原因:一部分纳米颗粒沉积在热管的内表面,另一部分纳米颗粒悬浮在基液中,两者的分布影响微槽平板热管的传热性能。


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