应用于散热领域的吸热反应化学热沉研究

发布时间：2017-09-17 17:04

  本文关键词：应用于散热领域的吸热反应化学热沉研究

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【摘要】：随着微电子、激光技术、航天技术等高科技领域突飞猛进的发展,在高温或超高热流密度环境下工作的场合越来越多,冷却技术也始终伴随着它们的进步而发展,并为它们提供基础的保障。但由于冷却工质的温升显热和汽化潜热大小的限制、对空间条件要求严苛,传统的物理冷却手段逐渐不能满足这些领域的超高热流密度移除要求,使得研究新的冷却概念和冷却技术成为一大热点。新颖的高效冷却技术研究,已成为解决如今高温高热流密度的场合散热问题的支撑技术之一。正是基于这样的背景,并为了推动化学热沉用于超高热流密度快速散热的发展和研究,满足各个领域对高效冷却技术的需求,本文继续研究化学/相变复合吸热的新冷却工艺,该冷却概念因应用时的温度范围不同,冷却工质的选择是多样性的,针对选取的活性炭-二氧化碳水合物混合冷却工质开展研究。在一定温度、压力条件下,利用间歇合成法制备二氧化碳水合物。通过TG-DSC热重实验获得高纯度活性炭与二氧化碳气体反应的反应特征和吸热焓值,验证了该反应具有超强的吸热能力。并且利用Gambit、Fluent等仿真软件对三维模型下高温热基板的碳-二氧化碳气体化学热沉用于高温热基板散热进行了模拟计算,分析其温度场分布、一氧化碳质量分数分布等模拟结果,其结论表明热源温度最高,达到1220K左右,热源上表面温度为850K,接近反应触发的起始温度。同时对高温热基板的碳-二氧化碳气体化学热沉散热构建了二维模型并进行了模拟,同样获得了其温度场分布、一氧化碳质量分数分布等模拟结果,结果表明当CO2气体入口速度为0.05m/s,碳粉喷入速度为0.05m/s时,相对于无反应发生的情况,有反应发生时热源温度会低500K,且上表面温度仅为910.5K。最终改变模拟过程中入口速度和热源热流密度大小设置,对比分析了碳-二氧化碳气体化学热沉用于散热的不同模拟结果,总结了入口速度和热流密度大小等条件对高温热基板散热效果的影响规律。
【关键词】：碳 二氧化碳气体 温度 化学热沉 散热
【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】：TQ116.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 引言9-12
• 1.2 物理热沉用于散热研究概况12-19
• 1.2.1 喷雾冷却12-14
• 1.2.2 池沸腾14-16
• 1.2.3 热管技术16-17
• 1.2.4 微槽道散热17-18
• 1.2.5 微射流阵列18-19
• 1.3 化学热沉用于散热研究概况19-21
• 1.3.1 催化脱氢19-20
• 1.3.2 催化裂解20-21
• 1.3.3 其它化学热沉吸热冷却方法21
• 1.4 本文的研究内容21-23
• 第二章 C-CO_2化学热沉散热数值模拟研究23-45
• 2.1 FLUENT简介23-25
• 2.2 化学反应模块及选择25-26
• 2.3 三维模型建立、网格划分与控制方程26-28
• 2.4 三维模型下热基板化学热沉散热模拟设置及结果28-33
• 2.5 二维模型建立、网格划分与控制方程33-34
• 2.6 二维模型下热基板化学热沉散热模拟设置34-35
• 2.7 二维模型下热基板化学热沉散热模拟结果35-43
• 2.7.1 入口速度对热基板化学热沉散热影响37-42
• 2.7.2 热流密度对热基板化学热沉散热影响42-43
• 2.8 本章小结43-45
• 第三章 CO_2水合物冷却工质的合成实验45-57
• 3.1 二氧化碳水合物简介45-46
• 3.2 水合物生成促进方法46-48
• 3.2.1 物理强化方法46-47
• 3.2.2 化学强化方法47-48
• 3.3 CO_2水合物冷却工质合成实验48-53
• 3.3.1 实验装置48-49
• 3.3.2 实验原料及试剂49
• 3.3.3 实验步骤49-50
• 3.3.4 实验结果50-53
• 3.4 一种工质可循环利用的系统与冷却工艺53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第四章 C-CO_2吸热反应化学热沉的实验分析57-63
• 4.1 差示扫描量热分析方法简介57
• 4.2 TG-DSC热分析实验57-62
• 4.2.1 TG-DSC热分析实验工作原理57-59
• 4.2.2 TG-DSC热分析实验步骤59
• 4.2.3 TG-DSC热分析实验结果与分析59-62
• 4.3 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果71-73
• 致谢73-74
• 附表74

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本文编号：870616