锥形毛细芯平板热管传热特性研究

随着机械电子设备的不断发展,热管理问题面临越来越严重的挑战,为解决此问题,根据仿生学原理,以天鹅绒竹芋表面微观凸起结构为设计依据,以纳米尺度铜粉为材料烧结制备锥形毛细芯,构造新型平板热管,并以去离子水为工质对其热性能进行研究。研究加热功率、平板热管放置角度及毛细芯氧化与未氧化等因素对平板热管传热特性的影响。结果表明,由于锥形毛细芯多尺度孔隙结构的存在,不仅实现蒸汽从大尺度孔隙逸出,液体从小孔隙吸入,而且缩短了液体流动路径,减小了流动阻力,同时扩大了换热面积,因此大大提高了平板热管的传热性能。锥形毛细芯平板热管具有较好的传热性能及抗重力特性。毛细芯经氧化处理后可显著减小平板热管的换热热阻,提高平板热管的传热性能,在热流密度为107.1 W/cm2时,其总热阻最小值为0.079 K/W。     

微热管烧结芯制造工艺及其传热性能研究

文章探讨了微热管内表面烧结芯毛细结构的制造工艺,主要解决了烧结时芯棒固定和抽出及烧结铜粉颗粒的填入两大问题,并对烧结芯铜管/烧结芯微热管与普通铜管传热性能进行了比较实验,结果表明,采用改进的方案可大大提高生产效率,得到的烧结铜粉层已基本形成了均匀且界面分开的组织.相对于普通铜管来说,无论是在升温过程还是在降温过程,烧结芯热管具有良好的传热能力.     

多孔丝网作两相毛细泵环毛细芯的研究

建立了一套毛细泵环路热管及其性能测试系统,采用不同多孔丝网构成了3种毛细芯,在以水为工质的毛细泵环路热管运行中做了实验.实验表明复合芯的热阻比单一丝网的热阻小8%,复合芯的传热极限比单一丝网的传热极限高3% .因此丝网毛细芯的结构对CPL传热性能有较大影响,采用复合毛细芯可以得到较好的传热性能.     

热虹吸热管爆破试验分析

前言热管是一种结构简单、无运转部件、工作可靠、使用寿命长、传热效率极高的新型传热元件。按结构不同,可分为吸液芯热管和热虹吸热管。两者工作原理基本相同,所不同的是工质冷凝液回归方法:前者依靠吸液芯的毛细作用,而后者依靠液体的重力。热虹吸热管制作较为简便,成本较低,传输热量大,应用较多。热管用作换热器、     

热虹吸热管爆破试验分析

<正> 前言热管是一种结构简单、无运转部件、工作可靠、使用寿命长、传热效率极高的新型传热元件。按结构不同,可分为吸液芯热管和热虹吸热管。两者工作原理基本相同,所不同的是工质冷凝液回归方法:前者依靠吸液芯的毛细怍用,而后者依靠液体的重力。     

热管换热器在硫酸生产中的应用

工业生产使用的换热设备通常为管壳式。目前,新型高效管壳式换热器的k值虽已提高了不少,但伴随着气速增高,阻力增大,却使系统能耗增加。 本文简要介绍一种热管和热管式换热器的原理、结构和性能。 一、热管和热管换热器简介 热管基本结构是将金属管抽成负压,充入工质后封闭。典型的热管内壁贴有具有毛细力的多孔材料。省去吸液芯,靠重力使工质回流的叫重力式热管。本文介绍的就是这种重力式热管(以下简称热管)。 重力热管一般应垂直安置,至少应与水平面成10°以上倾角。热源在下端,由于管内呈负压,工质沸点降低,蒸汽上升的阻力小,携带汽化潜热迅速冲到上端。蒸汽在上端管壁上冷凝,在重力作用下又流回下端,如此不断地周而复始,以传输热量。     

颗粒形貌及表面润湿性对毛细芯及环路热管性能的影响

利用粒径63.5μm的球形铜粉和66.0μm的枝状铜粉烧结了两种不同结构的环路热管(Loop heat pipe,LHP)毛细芯,并采用H2O2化学氧化方法对毛细芯进行了润湿性改进处理,试验分析了颗粒形貌和润湿性对毛细芯的吸液性能以及LHP换热性能的影响规律。结果表明,与球形颗粒毛细芯相比,工质在枝状颗粒毛细芯内具有较快的爬升速率。对于改性前的亲水毛细芯,蒸馏水在枝状颗粒毛细芯内爬升18.0cm所用时间降低了约85.0s,且枝状颗粒毛细芯的总吸液质量较大,为球形颗粒毛细芯吸液量的2.0倍。毛细芯经H2O2氧化后表层生长出纳米级的片状结构,增强了毛细芯的亲水性,吸液性能得以提高。热性能试验结果显示,与球形颗粒毛细芯LHP相比,枝状颗粒毛细芯LHP的运行温度较低。在加热功率为280W时,运行温度降低了7.6℃。     

均热板散热器的传热特性实验研究

为了研究通信设备不同应用场景中散热器传热性能,设计了内嵌均热板散热器、复合芯均热板散热器和金属丝网吸热芯均热板散热器３种不同类型的散热器,针对不同风速、不同放置方向（重力因素）对３种均热板散热器的传热性能进行了实验研究。实验结果表明,在不考虑重力因素的情况下,复合芯均热板散热器具有较好的传热性能,而放置方向（重力因素）对复合芯均热板散热器和单一粉末烧结吸热芯均热板散热器的传热性能影响较大,在散热器设计选型时需要重点考虑均热板散热器的实际应用场景。     

微小型毛细泵环热控制系统及其制造技术

针对当前微电子芯片高热流密度问题,设计一种微小型毛细泵吸环路(Capillary pumped loops,CPL)热控制系统。介绍制造该微小型CPL的方法：采用犁切—挤压成形微沟槽翅结构和刨削成形整体式翅片散热片,毛细吸液芯则采用商用多孔泡沫金属或丝网材料。该微小型CPL系统由蒸发器、冷凝器、蒸汽联管、液体联管以及液体工质组成。蒸发器中含有多尺度多维交错互通微沟槽翅强化沸腾结构,冷凝器为微沟槽翅结构与翅片散热片组成的复合结构,可有效提高系统蒸发冷凝效率。整个系统利用工质蒸发冷凝相变传热,通过毛细泵吸作用和蒸发气体压力保证循环,依靠饱和毛细芯对气体的阻碍作用保证工质的单向流动,无需机械泵和阀控制。     

甲醇/丙酮振荡热管的传热性能研究

作为高效传热元件,振荡热管在解决微小空间但热通量较高的电子器件散热方面具有独特的优势,其工质的选取对振荡热管的传热性能具有重要影响。采用甲醇、丙酮纯工质及两者不同配比(7︰1,4︰1,1︰4,1︰7)的混合工质,对不同充液率(45%,62%,70%)和加热功率(10~100 W)工况时的热阻特性进行试验,分析甲醇、丙酮工质的物性及其相互作用特性对振荡热管传热性能的影响,得到甲醇/丙酮二元混合工质振荡热管的传热特性。结果表明:小充液率时,振荡热管蒸发段均出现明显的烧干现象,混合工质振荡热管烧干时热阻较纯工质小,即在50 W时,甲醇、丙酮纯工质振荡热管热阻分别为1.509℃/W、1.484℃/W,而甲醇/丙酮1︰7时振荡热管热阻为0.88℃/W,其他配比时热阻在纯工质及混合工质配比1︰7之间,特别是在丙酮中加入少量甲醇(比如甲醇/丙酮1︰7)能有效地改善振荡热管的烧干情况;大充液率下,混合工质振荡热管热阻随着加热功率的增大变得较为平缓且相互之间相差不是不大,传热性能普遍较好。     

微矩形沟槽热管传热极限模型和实验研究

对微矩形沟槽热管的传热极限进行数学建模,并通过实验讨论分析热管工质物性群数NI、几何结构群数Ge和重力比数Hg三者对其传热极限的影响作用.研究表明,Qc与Ge和Hg呈近似指数增长变化,而与NI成线性增长关系.热管运行于较高温度、合理的几何结构和有效利用重力的辅助作用,可明显提高热管的传热能力,同时也证明了该传热极限模型的正确性.     

微沟槽热管拉削成形工艺及其传热性能研究

提出一种热管内表面微沟槽拉削成形方法,利用多齿拉刀在铜管内表面的挤压作用加工出具有连续翅结构的微沟槽,并通过实验研究了微沟槽热管的启动性能、等温性能以及不同倾角下传热功率.结果表明:拉削成形微沟槽热管在约(15～20)s内实现启动,具有快速热响应能力;热管还具有良好的等温性能,蒸发段和冷凝段的温差较小;热管内真空度对热管传热性能有很大的影响;热管在重力辅助条件下传热功率最大,水平放置时次之,反重力状态下传热功率最差.     

环路型脉动热管启动特性的试验研究

建立了部分可视化的环路型铜管-乙醇脉动热管试验台,通过合适的管路布置实现不同的环路数目,试验通过动态数据采集和对管内流型的观察,研究了不同环路数目、充液率、倾斜角度和加热量情况下无重力和逆重力运行的启动特性以及环路数目对传热性能的影响.结果表明:当脉动热管运行时,在相同加热功率下,热阻随着环路数目的增加而减小,在相同环路数目下,热阻随着加热功率的增加而减小;超过一定环路数目并且加热段有适量的工质和足够大的加热功率下,其可以无重力启动运行,但本装置还没有实现逆重力启动运行.     

平板热管沟槽吸液芯结构刻蚀制造研究进展

平板热管因传热面积大、性能高、几何形状自适应性强等优点,在高热流密度电子器件散热领域得到广泛应用。电子器件的高性能、集成化、小型化发展促使平板热管趋向于超薄化,结构稳定、质量轻、尺寸小的沟槽吸液芯结构平板热管成为解决电子芯片在有限空间内散热难题的首选方案。传统的沟槽加工工艺成本较高、沟槽加工尺寸受限,而刻蚀技术具有加工效率高、可加工结构尺寸范围广等优势,逐渐成为平板热管沟槽吸液芯结构的主要加工方法。详细介绍平板热管的类型和应用,以及不同刻蚀加工工艺的特点,重点综述目前国内外关于平板热管沟槽吸液芯结构刻蚀制造的研究进展,分析讨论沟槽吸液芯结构在刻蚀制造过程中存在的问题,并进行科学预测与展望。     

水基Fe_3O_4磁性液体脉动热管传热性能实验研究

针对磁性液体脉动热管传热性能及其影响因素问题,在风洞试验台上,采用电加热方式对13种水基Fe_3O_4磁性液体脉动热管及1根水工质脉动热管传热性能进行了试验研究。测量了磁性液体工质质量浓度(1. 5%,3%,4. 5%,9%,12%)、热管冷热段长度比(12∶14,14∶12,16. 5∶9. 5)、充液率(30%,50%,70%)、结构形式(等高,渐高,高低结构)、外磁场强度及作用角度,随电加热功率变化下的脉动热管传热性能,对脉动热管性能影响规律进行了对比分析与归纳。研究结果表明:4. 5%磁性液体质量浓度,50%充液率,冷热段长度比为14∶12,8弯头等高结构且在无外加磁场下的脉动热管传热性能最优;热阻最小值较水工质脉动热管降低了85%,并且热传导系数较紫铜导热系数提高了340倍。     

新型微小型平板CPL蒸发器流动与传热分析

提出一种新型微小型平板毛细抽吸两相流体回路(Capillary pumped loop,CPL)的蒸发器结构,使其能够适应高热流密度散热的要求。分析蒸发器由于微型化后侧壁导热对系统传热能力的影响。建立新型蒸发器毛细多孔芯内的传热传质数学模型和液体补偿腔的流动与传热模型以及蒸汽槽道和金属外壁区域的导热模型,并用SIMPLE算法对蒸发器进行整场耦合求解。数值结果表明,工质蒸发发生在多孔芯上表面以及侧壁附近,采用热导率较大的铝外壁时,蒸发器加热表面的温度水平较低且温度均匀性较好,但侧壁导热的影响导致CPL的传热能力不高。外壁采用热导率较小的不锈钢可以明显提高CPL的传热极限能力,但同时却较大地增加了加热表面的温度水平以及不均匀性。采用组合结构的蒸发器一方面可以提高系统的传热能力,同时降低了加热表面的温度水平和温度梯度。     

铜纤维烧结毡毛细芯结构毛细泵环的性能研究

毛细芯是毛细泵环的关键部件,其结构直接影响毛细泵环的传热性能.采用铜纤维烧结毡作为CPL的毛细芯,设计与制造了一种小型CPL及其性能测试系统,通过改变工质灌注量和毛细芯孔隙率实验研究对CPL传热性能的影响规律.结果表明:以乙醇为工质,在灌注量20mL条件下可使该CPL运行状态良好,工质灌注量过多或过少都会降低其传热性能;当烧结毡孔隙率在(70～95)%范围内时,CPL的系统热阻随孔隙率的增大先变小后变大,当孔隙率为80%时其系统热阻最小,该CPL传热性能达到最佳.     

工艺参数对热等静压法制备多孔 NiTi记忆合金孔隙特性的影响

采用不封装的热等静压法来制备多孔NiTi形状记忆合金,着重研究了不同工艺参数对孔隙特性的影响规律.结果表明:采用烧结时间3h制备出的多孔NiTi记忆合金能得到令人满意的孔隙特征,分别采用100 MPa和400 MPa的冷压压力能够制备出两种完全不同孔状结构的多孔NiTi记忆合金,一种是均匀分布的结构,另外一种则是层状结构(多孔层-致密层-多孔层);而且,随着热压压力的增加,孔隙特征参数减小.     

重力热管换热器的设计及数值模拟分析

为了对烟气进行余热回收,提高能源利用率,结合当前重力热管换热器的设计技术,采用整体设计法,设计了余热回收量为5 000 kg/h的热管换热器装置。基于热管换热器的工作原理,设计了常温热管换热器余热回收装置,其中包括热管工质与管材的选择、管外扩展面积的选择、换热器结构的设计、传热能力和传热阻力的计算等。采用FLUENT软件对热管换热器内的流场进行数值模拟,并将模拟结果与相关实验结果进行对比分析。模拟结果显示,在热管的背风侧贴近管壁处热流体流速较小,部分热流体逆流,出现回流区。另外,热管背风侧回流区的热流体温度比其它区域流体的温度低;流体流动的压降也会随管间距增大而减小,为重力热管换热器的结构优化提供理论基础。     

基于随机种子的多孔含油保持架建模方法研究

多孔含油保持架凭借其内部微孔隙结构存储和释放润滑介质实现自润滑效应,对保持架自身微米、亚微米级孔隙结构的几何建模是其多力场作用过程及自润滑机理分析的前提.针对现有多孔材料建模方法孔隙率大、局部失真等问题,基于冷压烧结工艺的成型原理,提出一种面向多孔保持架二维及三维结构的数字化快速建模方法.基于随机种子方法确定颗粒中心位置及颗粒几何尺寸,结合堆叠原理模拟颗粒在烧结过程中随机堆叠挤压过程,采用伪随机数发生器确保多次堆叠过程的颗粒中心及尺寸的随机性.在此基础之上,借助Rhino软件完成三维建模并与真实多孔含油保持架结构进行对比验证.最后通过COMSOL Multiphysics平台开展多孔保持架二维几何建模及多场耦合分析,从微孔隙内部的流动与传热过程分析验证了本文建模方法的可行性与正确性,为小尺度孔道、小孔隙率三维模型构建提供了新思路.