碳纤维毛细芯平板环路热管的性能研究及优化

发布时间：2020-04-25 16:17

【摘要】：随着通信技术和电子科技产业的发展,电子产品的性能提升速度越来越快。电子产品性能提升的加速,对电子领域散热提出了更高的要求。传统的单相流体对流换热方式早已无法满足新的散热需求,热管的应用虽然在一定程度上解决了一些新换热场景的需求,但其换热距离短、受重力方向影响严重等缺点限制了其应用上限。环路热管是一种蒸发器与冷凝器分离的两相换热装置,通过蒸发器内毛细芯产生的毛细压力来驱动工作介质流动,有效规避了传统热管的缺点。其中小型平板环路热管是小型电子设备换热的绝佳方案,被越来越多的学者所关注。目前的小型平板环路热管大多采用烧结毛细芯,然而小型平板环路热管在制造过程中出现的蒸发器太薄导致的漏热严重、毛细芯易损坏等问题,严重影响了小型平板环路热管的发展。本文针对小型平板环路热管研发过程中的这些痛点,提出了使用柔性的、导热系数小的碳纤维毡作为小型平板环路热管毛细芯的方法。碳纤维对水呈现出明显的疏水性,但对乙醇、丙酮等有机溶剂呈现出较强的浸润性。本文通过搭建碳纤维毛细芯性能测试实验台,对碳纤维毛细芯的各项性能进行了研究。包括通过高速摄像机对碳纤维毛细芯对各种工质的浸润性进行试验分析研究;利用红外摄像机与电子天平研究了碳纤维毛细芯对乙醇、丙酮的毛细抽吸特性;利用Hot Disk热常数分析仪研究了碳纤维毛细芯的导热性能。通过实验验证了碳纤维毛细芯的性能符合环路热管毛细芯的要求。同时,本文还设计制造了一种适配碳纤维毛细芯的小型平板环路热管,并利用乙醇做工质实现了环路热管的运行。为了进一步完善碳纤维毛细芯体系,利用析晶沉淀法达到了控制碳纤维毛细芯孔隙率和孔隙结构的目的,改善了碳纤维毛细芯的毛细抽吸性能,并提供了一种复合孔隙结构碳纤维毛细芯的制备方法,进一步提高了碳纤维毛细芯的整体性能和应用潜质。同时,针对环路热管运行过程中出现的逆向漏热与蒸汽泄露较为明显的问题,对原有环路热管的结构进行了优化,并通过实验验证了新型环路热管的换热性能。
【图文】：

抽吸力）UO。逡逑环路热管按照蒸发器的形状可以分为圆柱型环路热管和平板型环路热管逡逑ｔ１６，１＇如图１－２邋（ａ）为圆柱型环路热管，图１－２邋（ｂ）为平板型环路热管。与逡逑传统的圆柱型环路热管相比，平板型环路热管可以更好地与加热元件结合，，逡逑从而增加与热源的接触面积并使毛细芯更均匀地受热。从场协同原理的角度逡逑来看，平板型环路热管的速度和温度梯度角度小于圆柱型环路热管的角度，逡逑并且具有更好的传热效率［１８］。逡逑＼ｘ逡逑（ａ）逡逑必⑤２＇以l#、ｔｒ，，：上逡逑（ｂ）逡逑图１－２圆柱型环路热管与平板型环路热管实物图逡逑４逡逑

图１－３环路热管工质循环Ｐ－Ｔ图逡逑环路热管工质循环Ｐ－Ｔ图如图１－３所示，用Ｐ－Ｔ图描述环路热管的运行原理逡逑［３［３，１９］逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172.4

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本文编号：2640435