3D增材制造零件中集成热管的研究

发布时间：2017-03-31 06:47

  本文关键词：3D增材制造零件中集成热管的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程中常见的多种疲劳失效都与零部件温度过高有关,究其原因是散热系统不能及时地转移热源处产生的热量,使得热量的积累引发局部高温。有效散热、快速转移过热点热量从而降低零件工作温度峰值是提高其承载能力、延长工作寿命的重要措施。不同于传统的单相流冷却方式,热管是利用气液两相循环转变且无需外力驱动的高效热传导元件。但是目前热管面临吸液芯传热能力不足,传统制造工艺加工困难,散热方式单一等困境。本文首创立足于3D增材制造集成热管于零件于一体的新概念和新型加工方法,提出了新型吸液芯结构的设计理论,制定了增材制造热管新工艺流程。所提出的新设计理论与制造方法有助于开拓热管新的应用市场和探索新型多功能自散热机械零件的发展道路。3D增材制造技术使得复杂内部结构的加工成为可能,因而有望产生不同于已有吸液芯的更有效的热管结构。本文首先推导了梯形沟槽微吸液芯的有效毛细半径、最大毛细压力、孔隙率、渗透率等基本参数的数学模型;建立了梯形沟槽微热管在多种情况下的传热极限的理论模型。通过对传热极限的分析说明了吸液芯的结构参数对热管传热性能的重要性。其次,通过对毛细压力与渗透率这一对相互制约的因素的分析,提出了吸液芯的渐变模型设计理论。制定了结合传统热管制造技术与新兴增材制造技术的新型热管制造工艺流程。利用EOS M280金属3D打印机制造了4根直线型新型沟槽微热管。然后,利用搭建的热管传热性能实验平台,测试了4根梯形沟槽微热管在不同工况下的传热性能。结果表明:3D制造的微热管具有良好的热响应特性和均温特性;使用渐变模型设计的深沟槽微热管具有更好的导热能力。最后,对微热管进行切割后观察测量其成型效果,结果表明微热管结构参数达到了预期设计效果。这些结果说明在3D增材制造的帮助下,热管导热性能可在减小热管空间的同时得到进一步提高,热管可能成为机械零件的一部分从而使后者具有自动热平衡功能。这一新设计方法和3D增材制造热管的尝试对未来多功能零部件的设计与制造有积极探索意义。
【关键词】：热管 吸液芯 增材制造 传热性能 多功能零部件
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH16
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 主要符号9-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 引言11-13
• 1.2 热管及其吸液芯的研究进展13-20
• 1.2.1 热管的工作原理13-14
• 1.2.2 微型热管的研究现状14-15
• 1.2.3 吸液芯的类型及应用15-20
• 1.3 热管的制造工艺20-21
• 1.4 增材制造的研究进展21-22
• 1.5 本文的目标及研究内容22-25
• 1.5.1 本文的研究目标及意义22-23
• 1.5.2 本文的研究内容23-25
• 2 梯形沟槽微热管的传热理论25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 梯形沟槽吸液芯的参数模型25-27
• 2.2.1 最大毛细压力26
• 2.2.2 孔隙率26
• 2.2.3 渗透率26-27
• 2.3 热管的传热极限分析27-32
• 2.3.1 毛细极限27-30
• 2.3.2 沸腾极限30-31
• 2.3.3 携带极限31
• 2.3.4 冷冻启动极限31
• 2.3.5 黏性极限31-32
• 2.4 本章总结32-33
• 3 新型沟槽微热管的设计与增材制造33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 适用于EOS M280型金属 3D打印机的三维模型33-35
• 3.3 沟槽吸液芯的设计35-41
• 3.3.1 沟槽参数的设计35-40
• 3.3.2 梯形沟槽微热管其他参数的设计40-41
• 3.4 增材制造成型的沟槽微热管主体41
• 3.5 热管主体材料与工作液体的选择41-44
• 3.5.1 工作液体42-43
• 3.5.2 相容性43-44
• 3.6 封装与充液44-46
• 3.6.1 清洗44-45
• 3.6.2 焊尾45
• 3.6.3 充液与封死45-46
• 3.7 本章总结46-47
• 4 新型沟槽微热管传热实验及分析47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 实验装置47-49
• 4.2.1 加热系统47-48
• 4.2.2 温度测量和数据采集系统48-49
• 4.3 实验方案49-50
• 4.4 传热性能参数50-51
• 4.5 增材制造微热管的工作性能与可靠性51-54
• 4.5.1 热响应特性51-52
• 4.5.2 均温特性52-54
• 4.6 梯形沟槽微热管传热性能54-59
• 4.6.1 充液对传热性能的影响54-56
• 4.6.2 加热功率对传热性能的影响56-58
• 4.6.3 倾斜与旋转对传热性能的影响58-59
• 4.7 渐变沟槽对传热性能的影响59-62
• 4.8 本章总结62-65
• 5 增材制造微热管的成型效果及应用65-77
• 5.1 引言65
• 5.2 增材制造微热管的成型效果65-72
• 5.2.1 轴向梯形沟槽成型分析66-69
• 5.2.2 周向沟槽成型分析69
• 5.2.3 增材制造微热管表面形貌分析69-72
• 5.3 增材制造热管的应用72-75
• 5.3.1 高性能的吸液芯72-73
• 5.3.2 空间适应强的热管73-74
• 5.3.3 集成热管的多功能零部件74-75
• 5.4 本章总结75-77
• 6 结论77-81
• 6.1 研究总结77-78
• 6.2 创新点78-79
• 6.3 不足与展望79-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 附录89
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文和科研成果89

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3 张红,庄骏;热管技术研究、发展与工业应用(英文)[J];南京师范大学学报(工程技术版);2002年02期

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5 郭新法;;热管技术的应用与开发[J];化肥设计;2006年01期

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7 吴启山;;热管技术在刀具散热中的应用[J];民营科技;2009年10期

8 源泉;;欧洲热管技术发展动态点滴[J];节能;1982年06期

9 王;;浙江省热管技术座谈会在杭举行[J];能源工程;1985年03期

10 陈凤章;;热管评论[J];机电设备;1989年04期

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1 马永昌;;热管技术的原理应用与发展[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

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4 张艳华;刘海;仇普新;胡士化;;热管技术在工业余热回收中的应用[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年

5 岳丹婷;李青;汤勇;谭志诚;;高效传热介质热管的传热性能研究[A];中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会2002年学术年会论文集（船舶机电分册）[C];2002年

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8 李芳;王景刚;刘金荣;;热管技术应用于冷却塔节水的理论分析[A];全国暖通空调制冷2006学术年会资料集[C];2006年

9 孟勐;刘江涛;彭晓峰;;平板式热管的多孔芯设计[A];第七届全国工业炉学术年会论文集[C];2006年

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