基于植物气孔与叶脉结构的吸液芯结构研究

发布时间：2017-10-11 01:14

  本文关键词：基于植物气孔与叶脉结构的吸液芯结构研究

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【摘要】：随着电子产品日益小型化和高度集成化,其对散热性能提出了更高要求,如何在不增加散热器件体积的前提下尽量提高散热效率,获得散热区域良好的均温性,已成为管式(热管)或平板式(均热板)散热器件设计领域里亟待解决的热点问题。自然界中,植物形成的特有的庞大植物枝干叶片结构具有自身独有的传质传热机制。从自然进化角度看,耐候性植物叶片中的气孔与叶脉结构更能保证水分的传输与热量的传递,因此将植物叶片的传热与传质结构应用于新型均热板吸液芯结构的设计具有研究价值。本文以耐热性植物气孔与叶脉结构系统为根据,研究其内流体流动与热传导特性。将气孔内腔结构应用于吸液芯蒸发端微结构单元的设计,将植物叶脉系统用于整体吸液芯结构的设计,构建出一种新型均热板吸液芯结构。这种新型吸液芯结构可以有效的解决渗透率与毛细力的矛盾问题,即这种结构具有较高的渗透率与较大的毛细力,整体表现为均温性较好,热阻较低。本文主要工作包括:(1)首先通过观察实际耐热性植物的叶片与气孔结构,测量了气孔的密度、尺寸。对气孔庞大的内腔结构运用扩散定律以及质量守恒方程进行理论计算,并分析比较几种常见气孔形状的结构优劣性。(2)选取性能优越的气孔结构进行传热理论计算,并与一般的微单元结构进行比较,分析其结构在传热方面的优势。(3)测量了叶脉的分叉角度、宽度、斜度、内部流体流速等参数,并以此构建模型对其进行流动与传热的模型仿真。重点分析了叶脉对称与平行结构、分叉角度对其整体结构热传导的影响。(4)在对气孔与叶脉结构的分析基础上,制备了新型仿植物叶脉吸液芯结构,并运用实验手段和数值方法模拟了仿生均热板蒸发端的工作情况。通过不同的外部条件变化,提取数据参数进行分析,研究了带有植物叶片气孔特征、叶脉参数及不同分形角度的均热板吸液芯结构的传热性能。
【关键词】：气孔内腔结构 叶脉分形 吸液芯 传热与传质
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景及意义10
• 1.2 均热板工作原理10-12
• 1.3 均热板吸液芯结构12-15
• 1.3.1 烧结型吸液芯12
• 1.3.2 沟槽型吸液芯12-13
• 1.3.3 复合型吸液芯13-14
• 1.3.4 仿生型吸液芯14-15
• 1.4 植物水分运输与传热15-17
• 1.5 论文研究意义及内容17-18
• 1.5.1 论文研究来源与研究目标17
• 1.5.2 论文主要研究内容17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第二章 植物气孔结构与其传热传质19-29
• 2.1 引言19-20
• 2.2 气孔结构模型描述与计算20-26
• 2.3 气孔模型仿真与对比26-27
• 2.4 四种结构的理论计算验证与对比27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 气孔微结构模型传热与传质29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 气孔真实数据提取29-31
• 3.3 吸液芯微结构热阻理论模型推导31-38
• 3.3.1 气孔内腔微结构热阻31-34
• 3.3.2 柱型内腔微结构热阻34-35
• 3.3.3 立柱环绕微结构热阻35-36
• 3.3.4 三种结构热阻比较36-38
• 3.4 模型结构仿真38-40
• 3.4.1 模型与边界条件38
• 3.4.2 仿真结果分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 植物叶脉结构及其性能41-56
• 4.1 引言41-42
• 4.2 叶脉真实数据提取42-43
• 4.3 叶脉流速实验43-48
• 4.3.1 叶脉流速实验设计43-45
• 4.3.2 实验操作过程45
• 4.3.3 图像处理与数据提取45-46
• 4.3.4 叶脉流速计算结果46-48
• 4.4 叶脉结构传热与传质模拟48-54
• 4.4.1 模型与边界条件48-50
• 4.4.2 模拟仿真结果分析50-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 均热板吸液芯性能研究56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 叶脉与气孔结构综合仿真与分析56-61
• 5.2.1 模型与边界条件56-58
• 5.2.2 模型仿真结果分析58-61
• 5.3 吸液芯的设计与制造61-63
• 5.3.1 吸液芯的设计61-62
• 5.3.2 均热板的制造62-63
• 5.4 实验方案设计与平台搭建63-66
• 5.4.1 试验方案设计63-64
• 5.4.2 实验平台搭建64-66
• 5.5 实验数据处理与分析66-72
• 5.5.1 数据提取说明66-67
• 5.5.2 实验数据处理与分析67-68
• 5.5.3 测量结果分析68-72
• 5.6 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• (一) 主要结论73-74
• (二) 研究展望74-75
• 参考文献75-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附表84

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本文编号：1009657