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微热管抗重力性能实验研究及其测试装置开发

陈春燕  
【摘要】:微热管是一种高效相变传热元件,由壁壳、工质和毛细吸液芯三部分构成;依靠工质相变和毛细力作用下的液体回流实现高效传热;热传导系数比普通金属高一至两个数量级。目前已在微电子、光电子和电力电子等领域获得广泛应用。因此,微热管的使用状态也多种多样,比如在奔驰的列车上、在颠簸的坦克中,在加速上升的飞机上,在深海作业的潜艇中等等,微热管都会面临着一个共同的考验,就是抗重力状态。微热管抗重力性能研究,特别是在超重状态(惯性加速度大于g)下的性能研究,对于推动微热管的广泛应用具有重要意义。本文从理论和实验两个方面对不同类型的微热管(外径8mm、长度200mm)进行抗重力性能分析: (1)利用离心原理设计和开发微热管旋转测试装置,使用Labview编写测试软件并控制数字采集系统,将旋转测试装置与传统静态竖直测试系统进行对比实验,增强数据的可靠性。 (2)根据传热机理建立沟槽式微热管、烧结式微热管和沟槽烧结复合式微热管蒸发端及冷凝端热阻模型,计算分析不同结构参数对微热管热阻大小的影响。设计毛细实验,计算毛细因子,探讨重力加速度对工质回流的影响。实验结果表明复合吸液芯和烧结吸液芯的毛细性能较好,而沟槽吸液芯毛细性能因子较其他类型的吸液芯小至少90%,毛细性能最差。 (3)从实验出发,探讨在向心加速度为0~2.5g的情况下,三种不同类型微热管的传热性能,包括加热功率为20W时微热管启动性能、不同功率下微热管的均温性、总热阻、蒸发端热阻、冷凝端热阻和极限传递功率等。实验结果表明:微热管烧干前,实验值与理论值较为接近,若微热管发生烧干,实验值偏大、启动时间增加、均温性能也下降。输入功率20W时,沟槽式微热管在向心加速度大于或等于0.5g的情况下出现烧干;芯棒外径为6mm的烧结式微热管至少能抵抗1g的向心加速度;而沟槽烧结复合式微热管sggx(芯棒外径6mm、烧结层长度比例为1)、sgg(5.5mm、1)和sggh(5.5mm、0.5)分别能够抵抗至少1.5g、2g和0.5g的向心加速度。


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