部分水平结构脉动热管的性能研究
近年来，高集成高密度已成为电子器件的发展趋势，对有效解决其冷却问题提出了更高要求，脉动热管因简单的结构、较高的传热系数等优点在散热元件的研究领域引起广泛关注。为进一步提升其实用性和热力性能，许多针对脉动热管的改进和优化措施被不断提出。 本文为解决实际工程应用中的平面间的传热问题，提出一种具有部分水平结构（水平的蒸发与冷凝段）的新型闭环脉动热管，采用数值模拟方法，结合其气相体积分数云图及温度波动特征，对不同加热功率 (10W~40W) 下脉动热管的无量纲临界启动高度进行研究，并分析了不同充液率 (30%~60%) 对脉动热管热力性能的影响。另外，为改善脉动热管的热力性能，本文提出三种非均匀加热方式：非对称式（以蒸发段几何中心线为对称轴）、递增式（沿蒸发段端部至绝热段加热量逐渐增加）以及递减式（沿蒸发段端部至绝热段加热量逐渐减小），通过与均匀加热时的温度及热阻对比，对其改进效果进行了分析。 研究结果表明：本文所采用数值模拟方法与文献中的数据及流型呈现很好的一致性，证明了其可靠性。根据部分水平结构脉动热管的温度变化曲线，当绝热段两部分的温度值近似相等时，脉动热管未启动，而绝热段两部分的温度值间存在显著差异时，脉动热管完成启动。气相在加热阶段由气泡向长气塞的转变，以及启动时长气塞向冷凝段移动，之后变为短气塞的过程，以气相体积分数云图变化的形式在本文中呈现出来。经分析得到脉动热管在10W、20W和30W时的无量纲临界启动高度分别为0.283、0.200和0.069，且当无量纲高度小于0.069时，脉动热管无法启动；无量纲高度值越大，其热力性能越好；较低充液率、高加热功率时，脉动热管发生“干烧”现象，传热性能恶化。另外，在蒸发段采用非对称式和递增式加热方案，可使脉动热管传热性能提升，非对称式最多可使热阻值降低13.26%。 综上，本文对所提出部分水平结构脉动热管的计算数据，为实际工程应用中平面间的传热提供了设计依据，非对称式加热方案为脉动热管传热性能的优化提供了新思路。
脉动热管;水平蒸发段;水平冷凝段;非均匀加热;无量纲临界启动高度
天津大学
硕士
工程热物理
汪健生
2017
中文
TK172.4
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）