用于电子器件冷却的平板热管均温性能实验研究

摘要

由于现在电子产品都在朝着集成化、小型化方面发展，继而会造成高热流密度的问题，使得电子产品的寿命减少，无法正常工作。因此对电子器件的高热流密度散热问题提出了更高的要求。平板热管利用相变原理，具有非常高效的导热性、热流密度的可变性、比较好的等温特性、结构适应性等特点，在解决电子器件高热流密度问题上具有很好的前景。本文设计了反重力（蒸发段位于平板热管的上表面）且无绝热段的平板热管，其冷凝段与加热段面积的比值为127:1。实验研究了该热管在不同充液率、不同加热功率下的均温性，并研究了倾斜角度对热管性能的影响，接着对平板热管进行优化设计以达到更好的均温效果，并在优化的基础上研究加热功率及环境温度对热管启动性能的影响。
　　本研究主要内容包括：①对平板热管的吸液芯、壳体材料进行选择设计，采用焊接方式制作了反重力、厚度薄、面积大的平板热管，本文设计的热管的尺寸长300mm、宽150mm，冷凝段与蒸发段的面积比为127:1。搭建试验台，对平板热管进行均温性能测试，选用去离子水作为工质，采用自然对流的方式对冷凝段散热。②对平板热管进行了传热均温性能实验研究，研究了加热功率、充液率对平板热管均温性能的影响。结果表明：充液率由25％变化到60%的过程中，平板热管的热阻及测点温度分布的标准差整体上呈现出先减小后缓慢增加的趋势；充液率为45%时，热阻和标准差最小，为热管的最佳充液率；随着功率的增加，平板热管的热阻在整体下降。③在最佳充液率下，设置0°，15°，30°，90°四个倾斜角度，研究不同倾斜角度对平板热管均温性能的影响。结果表明：随着倾斜角度的增加，热管的传热热阻在增大；当加热功率分别为10W、20W、30W、40W、50W时，每个角度对应的平均热阻分别为0.26℃/W、0.37℃/W、0.41℃/W、0.46℃/W；0°时，平板热管的热阻最小。④在对热管槽道进行优化后，热管最佳充液率变为30%。当加热功率分别为10W、20W、30W、40W时，热管的温度分布标准差、热阻、最大温差都比优化前要小。其中每个功率对应的温度标准差分别为2.9℃、1.8℃、1.8℃、1.8℃，最大温差分别为11.3℃、10.0℃、8.6℃、8.5℃。热阻的值为0.30℃/W、0.08℃/W、0.05℃/W、0.04℃/W。⑤研究环境温度分别为15℃、20℃、25℃时，优化后的热管运行特性的变化情况。结果表明：随着环境温度的升高，平板热管的热阻和标准差都在减小，但是会造成热管表面温度上升，以30W为例，15℃至25℃的平均温度值分别为50.9℃，56.6℃，59.1℃。⑥研究了加热功率和环境温度对启动时间的影响。结果表明：在15℃、20℃、25℃三个温度下，15℃启动时间最短，启动时间为1750s；环境温度为25℃时，30W的启动时间比较短，启动时间为1750s。⑦采用涂敷的方式加强对平板热管的散热，涂敷之后的均温性能比较好，标准差1.2℃，热阻为0.04℃/W。

目录

主要符号说明

1 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2平板热管的研究现状

1.3本文的研究目的及内容

2 平板热管理论分析

2.1平板热管的原理简介

2.2热管的Cotter理论

2.3热管的传热极限

2.4本章小结

3 平板热管的加工制作及平板热管的测试系统

3.1引言

3.2 平板热管实验台搭建

3.3本章小结

4 平板热管的传热性能实验

4.1空热管工作性能

4.2充液率对平板热管均温性能的影响

4.3 功率对平板热管均温性能的影响

4.4 平板热管倾斜放置工作特性分析

4.5本章小结

5 平板热管的优化研究

5.1平板热管优化

5.2启动性能分析

5.3涂敷优化（以25℃为例）

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1研究工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间发表论文