微型脉动热管内热驱动气液两相流动与传热机理研究

发布时间：2021-02-09 06:15

　　随着微电子制造业和封装技术的快速发展,电子设备与元器件微型化和集成化程度日益升高,导致其功耗热流密度和工作温度不断攀升,工作稳定性和可靠性受到严重威胁,这就对微型化、高热流密度微电子设备与元器件的散热冷却技术提出了严峻挑战。脉动热管是近年来兴起的一种新型高效散热元件,具有结构简单、成本低廉、传热性能和工作适应性好等诸多优点。但随着电子设备与元器件微型化和集成化程度的不断提升,传统毛细尺度通道脉动热也正向着集成化与微型化的方向发展。随之,微型脉动热管应运而生,它为实现高热流密度微型电子元器件的散热冷却提供了一种有效手段。然而,相较于传统毛细尺度通道脉动热管,微型脉动热管微通道内的尺度效应、界面效应及壁面效应愈加明显,其内部的气液两相脉动流动将呈现出更多的新现象和新规律。因此,开展微型脉动热管内气液两相流动与传热性能的实验及理论研究对于深入揭示微型脉动热管内气液两相流动及传热传质机理具有重要的学术意义,并对工程上指导微型脉动热管散热器件的优化设计提供有力的理论支撑。目前微米级通道内的实验及理论研究还非常有限。现有的微型脉动热管内热驱动气液两相脉动流动行为模式、运行特征及其流型动态演化行为的... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 脉动热管概述
        1.2.1 脉动热管结构特征及工作原理
        1.2.2 脉动热管工作特点
        1.2.3 脉动热管运行及传热性能影响因素
        1.2.4 脉动热管的应用
    1.3 脉动热管的国内外研究现状
        1.3.1 脉动热管可视化实验研究
        1.3.2 脉动热管传热性能实验研究
        1.3.3 脉动热管理论与数值模拟研究
        1.3.4 脉动热管传热性能的强化方法研究
    1.4 本论文的研究内容
    1.5 本章小结
第二章 微型脉动热管内流动与传热特性的实验研究
    2.1 基于深反应离子刻蚀的矩形通道微型脉动热管流动与传热芯片研制
    2.2 微型脉动热管可视化实验系统与实验方法
        2.2.1 实验原理
        2.2.2 实验系统
    2.3 实验工质及充液率选择
        2.3.1 工质选择
        2.3.2 充液率选择
    2.4 微型脉动热管可视化实验方法和步骤
        2.4.1 微型脉动热管充液
        2.4.2 可视化实验步骤
    2.5 实验数据整理及误差分析
        2.5.1 实验数据处理
        2.5.2 误差分析
    2.6 实验结果与讨论
        2.6.1 微型脉动热管内工质脉动运行特征
        2.6.2 微型脉动热管内气液两相流型及相变行为
        2.6.3 微型脉动热管传热特性研究
        2.6.4 微型脉动热管内气液两相流动状态及传热特性相图
    2.7 本章小结
第三章 通道截面形状对微型脉动热管流动与传热性能影响的实验研究
    3.1 基于湿法蚀刻的非矩形截面通道微型脉动热管流动与传热芯片研制
    3.2 不同通道截面形状微型脉动热管流动与传热性能对比实验方法
        3.2.1 对比实验方法
        3.2.2 实验数据处理及误差分析
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 不同通道截面形状微型脉动热管内工质脉动运行特征对比分析
        3.3.2 不同通道截面形状微型脉动热管内气液两相流型及相变行为
        3.3.3 不同通道截面形状微型脉动热管传热性能对比分析
    3.4 本章小结
第四章 微型脉动热管内气液两相流动与传热的数值模拟
    4.1 数学建模
        4.1.1 物理模型
        4.1.2 数学模型
    4.2 数值模拟结果与分析
        4.2.1 启动工况流型演化特性
        4.2.2 工质定向稳定运行时的流动与传热特性
        4.2.3 各运行工况温度脉动特性及热阻分析
    4.3 本章小结
第五章 基于通道结构改进的微型脉动热管传热性能强化方法研究
    5.1 周期性缩扩结构变截面通道微型脉动热管芯片设计与研制
    5.2 实验系统与实验方法
        5.2.1 周期性缩扩变截面通道微型脉动热管流动与传热性能实验方法
        5.2.2 实验数据处理及误差分析
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 不同缩扩结构变截面通道微型脉动热管典型流型及其演变行为对比分析
        5.3.2 不同缩扩结构变截面通道微型脉动热管内工质脉动运行特征对比分析
        5.3.3 不同缩扩结构变截面通道微型脉动热管传热特性分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 主要创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的主要学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]等截面和变截面通道硅基微型脉动热管传热特性比较[J]. 孙芹,屈健,袁建平.  化工学报. 2017(05)
[2]微槽道脉动热管的启动及传热特性[J]. 李孝军,屈健,韩新月,王谦,刘丰.  化工学报. 2016(06)
[3]高热流密度电子元件中热管散热技术的进展[J]. 郝俊娇,潘日,周刚,张亚军,庄俭.  化工进展. 2015(05)
[4]微型振荡热管非典型振荡的实验研究[J]. 陈娅琪,吴慧英.  工程热物理学报. 2013(09)
[5]脉动热管技术研究及应用进展[J]. 屈健.  化工进展. 2013(01)
[6]MEMS微型热管研究进展[J]. 屈健,王谦,吴慧英.  微纳电子技术. 2012(03)
[7]微型硅基振荡热管传热特性[J]. 屈健,吴慧英.  化工学报. 2011(11)
[8]加热工况及倾斜角影响单环路脉动热管稳定运行的实验研究[J]. 王宇,李惟毅.  中国电机工程学报. 2011(11)
[9]工质热物性对脉动热管运行性能的影响[J]. 杨洪海,肖荪,GROLLManfred.  工程热物理学报. 2010(01)
[10]周期性变截面微通道结构参数对流体流动和传热的影响[J]. 夏国栋,柴磊,杨瑞波,周明正.  化工学报. 2009(11)

博士论文
[1]脉动热管流型的电容层析成像识别及换热特性研究[D]. 李惊涛.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
[2]闭式回路脉动热管运行性能的研究[D]. 杨洪海.东华大学 2006

硕士论文
[1]硅基平板微热管充液率与传热特性研究[D]. 董明.大连理工大学 2017
[2]通道结构对脉动热管传热性能的影响研究[D]. 李楠.大连理工大学 2015
[3]板式脉动热管传热性能实验研究[D]. 李铁骏.大连海事大学 2013
[4]基于板式脉动热管的大功率LED冷却实验研究[D]. 李志.北京交通大学 2012
[5]空调用脉动热管冷热回收装置的试验研究[D]. 林天轮.东华大学 2011
[6]脉动热管的流动可视化及传热特性的实验研究[D]. 尹大燕.北京交通大学 2007



本文编号：3025187