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大功率微槽道平板热管传热性能研究

李亚梅  
【摘要】:随着微机械加工技术和电子技术的发展,大功率电子器件越来越广泛地应用到生产和生活的各个方面。但是随着电子电器等设备功率的提升,其散热问题越来越成为制约其发展的瓶颈。随着电子技术的高速发展,平板热管散热器作为一种利用相变进行传热的高效散热设备,被广泛应用于解决大功率设备的散热问题。本文主要通过可视化实验研究的方法,以平板热管单元散热器不同应用背景为基础,对内腔尺寸相同的未开槽平板热管单元与加工有40个矩形槽道且深宽比不同的9块开槽平板热管单元进行传热性能及可视化实验对比研究。首先,研究了不同的加热功率(80-180W)以及不同的充液率(25%、48%、55%)对未开槽平板热管单元启动温度、启动时间、Z轴方向温差、相对热阻以及当量导热系数的影响。同时,实验过程中通过半可视化窗口观察到在不同的实验工况下,未开槽平板热管单元内部工质的气液两相行为现象以及沸腾液与冷凝液耦合传热行为现象。发现未开槽平板热管单元的启动时间随着加热功率的增大而减少,随着充液率的增大而增大。同时热管的启动温度随着加热功率的增大而增大。热管Z轴方向相对热阻随着加热时间的加长先增大后减小最后趋于一个稳定值。通过可视化实验研究发现,随着加热功率的增大未开槽平板热管单元内部工质扰动程度增强同时气泡的数量增多,同时未开槽平板热管单元冷凝面上的冷凝液也会更加明显,可以看到冷凝液在重力作用下成股流下。除此之外,通过可视化窗口观察到沸腾液体与冷凝液体之间的耦合现象。其次,选择9块槽道深宽比不同且其处于1:1-3:1范围内的平板热管单元分三组分别研究不同的槽道深度、宽度、深宽比对半可视化开槽平板热管单元启动时间、启动温度、轴向温差、相对热阻、当量导热系数的影响。当实验条件一样时,随着槽深的增加,三组开槽平板热管单元的启动时间、轴向温差、相对热阻都随之减小,但是当量导热系数随之增大。通过对比发现三组开槽平板热管单元中换热性能较好的分别为深宽比为3:1、3:2、1:1的三块开槽平板热管单元。对以上三块开槽平板热管单元做进一步实验研究,结果发现深宽比为3:1的开槽平板热管单元的传热性能明显优于其它两个深宽比对应下的平板热管单元。最后,对开槽平板热管单元与未开槽平板热管单元进行对比研究。对两种热管的启动特性、均温性,传热特性进行对比分析。从而得出深宽比为3:1的开槽平板热管单元的启动时间较未开槽平板热管单元的启动时间平均缩短了33%,启动温度平均增加了12.5%;相对热阻减小52.9%;同时对比发现深宽比为3:1的开槽平板热管单元的当量导热系数较未开槽平板热管单元的当量导热系数平均增加了一倍。通过可视化实验研究发现,深宽比为3:1的开槽平板热管单元在相同的加热功率下气泡较容易产生,同时内部工质的扰动更为剧烈且气泡数量相对较多。综上所述:槽道深宽比为3:1的开槽平板热管单元换热性能最佳。


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