部分水平结构脉动热管的性能研究

发布时间：2020-09-30 17:07

　　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。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK172.4
【部分图文】：

技术,珀耳帖效应,环境温度,冷却元件

冷却低于环境温度时的冷却成为主动式冷却，与被动式相机构，从而能够实现芯片温度低于环境温度，发热元其较高的工作性能，缺点是可靠性比较低。主要有热冷却过不同导体组成的回路时，在不同导体的接头处随着吸热、放热现象，称为珀耳帖效应。热电冷却就是基其核心部件热电模块包含有 N 型与 P 型两种不同的半芯片上，冷面与散热元件接触，通电后，载流子由 P 体，实现热量由发热元件向冷却元件的传递。其主要需要制冷剂，且通过电压和电流的控制就能够实现对制结构紧凑且能灵活变化以满足要求等。其不足之处在较高，经济性较差。

射流冷却,技术,喷雾冷却

第一章绪论可以通过提高流体流动速度来加快热量传递减小温度升高的幅度，但过高流速又会带来噪声过大的问题。b) 射流冷却射流冷却主要有液体射流冷却和喷雾冷却两种形式，如图 1-2 所示，其中液体射流冷却不涉及相变，液体以较高的速度由入口流入，再从出口流出。而喷雾冷却涉及到相变，液体经喷嘴后雾化为很小的液滴喷射到芯片等发热元件上，形成一层液膜，通过蒸发为气相带走热量，相比射流冷却，喷雾冷却的作用范围更广，更均匀。对于射流冷却技术的研究主要包括冷却剂的选择、喷射的速度等方面，流速为 2.2 10-4m3/s 的 FC-72，以液体射流冷却的方式，其冷却热流密度可达到120W/cm2[4];冷却剂为水且以喷雾冷却的方式时，其散热热流密度可达到 500W/cm2[5]。

热管冷却,技术,射流冷却,吸液芯

图 1-2 射流冷却技术Figure 1-2 Jet cooling technology却相变来实现热量传递的传热装置，常规热管的结盖、内部的吸液芯三大部分，按边界条件不同分图 1-3 所示。封闭状态下将管内抽成真空，再向

【参考文献】