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工业机柜热管散热器的理论与实验研究

万凯  
【摘要】:热管是依靠自身内部工作介质相变来实现传热的元件,具有结构紧凑、高导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向可逆性、恒温特性、环境的适应性等基本特性,在电子电器工程散热中取的了许多应用成果。 随着近年来电子技术的迅速发展,电子器件高频、高速及集成电路的密集和小型化,单位容积电子器件的发热量迅速增大。电子技术的发展需要良好的散热手段来保证。因此,研究丌发工业机柜用热管散热器有工程实用价值,而国内在这方面的研究尚未开展起来。另外,对于许多应用场合,热管散热器具有优势。因此,本文丌发了工业机柜热管散热器,并对其散热性能进行了理论分析和实验研究。 本文首先论述了热管的工作原理和特性,热管的应用是以此为基础的。再从理论上分析了热管的传热机理,求解了热管的的各种传热极限。这对机柜热管散热器的设计和性能实验有重要的理论指导意义。 根据工业机柜实际使用的情况,设计出适合工业机柜散热的热管散热器,并加工制造了两种不同型式的热管散热器:独立式热管散热器和整体式热管散热器。 建立热管散热器的性能测试系统。首先对两种热管散热器在相同条件下进行对比实验,根据实验结果分析,接下来的实验以加工工艺简单且散热效果好的整体式热管散热器为研究重点,对所设计的整体式工业机柜热管散热器进行不同工况下的性能实验,测试在热流密度、机柜内外温差等实验工况发生改变的情况下热管散热器的散热效果以及机柜内的各测量点的温度分布情况。比较充注不同工作介质、不同充液率和不同蒸发段和冷凝段的长度比情况下的散热性能。 实验结果表明:在工业机柜正常的工作温度范围内,两种热管散热器的散热能力接近,而整体式热管散热器制造工艺简单,制造成本低,散热效果理想,可以实际推广应用;采用R22为工作介质的散热性能明显好于R134a,在机柜内温度较低时,两者散热性能相差较大,随着机柜内温度的升高,两者的散热性能差距有缩小的趋势;对本实验设计的热管散热器,采用R22为工作介质时最佳充液率为45%;蒸发段和冷凝段长度比对热管散热器的散热性能影响较大。 希望本论文对该新型工业机柜热管散热器所进行的理论和实验研究,能对今后的研究和应用提供一定的参考,为热管技术的发展及应用贡献一份力量。


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