微型烧结热管的制备及传热性能的实验研究

作     者：肖园园 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡国新

授予年度：2009年

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电子电力设备 散热设计 烧结毛细芯 热管 传热特性 

摘      要：随着电子技术迅速发展,电子器件的高频、高速以及集成电路的密集化和小型化,散热问题己成为制约电子技术发展的主要因素之一。因此,电子器件散热技术研究日益重要。而热管作为一种高效的传热手段因其热阻小、均温性能好、安全性能高等特性在电子散热领域里越来越受到重视。 本文从另一角度出发,对热管的核心部件——毛细芯进行设计研究,通过改变毛细芯的结构以改善热管的传热性能。烧结毛细芯是一多孔结构材料,本文首先制备出铜-铝-氧化铝复合多孔材料,而后用SEM、XRD等方式对样品的微观结构和物相进行了分析,最后进行了烧结样品的力学性能测试,并对样品临界冒泡温度进行了测试分析。 在此基础上本文进行了烧结毛细芯的研制,首先设计加工了含氧化铝纤维的复合毛细芯烧结热管,然后对所制备热管进行传热性能的实验研究。 最后,通对烧结热管传热特性进行了实验研究,分析了烧结毛细芯氧化铝纤维含量、造孔剂添加量及热管加热功率及放置倾角等对热管蒸发段换热系数、冷凝段换热系数及热阻及的影响。 结果表明,(1)添加造孔剂和氧化铝纤维后,改变了复合多孔材料的孔隙结构,降低了烧结样品的临界冒泡温度,增加了复合多孔材料的孔隙率,使得液体表面张力降低,气泡更容易溢出。(2)烧结芯氧化铝纤维含量对蒸发段换热系数he、冷凝段换热系数hc和烧结热管总热阻R有很大的影响。含30%氧化铝纤维的烧结芯热管的he比含20%纤维的烧结芯热管he平均增加33%左右;hc平均增加14%;R平均减小23 %左右。(3)当热流密度较低时,NaCl造孔剂添加量对he、hc和R的影响都较小;当热流密度增大时,添加NaCl造孔剂的烧结热管的he和hc相对于未加NaCl烧结热管的he和hc有大幅度增加,R有大幅度下降。添加10%NaCl造孔剂的烧结热管he比未添加造孔剂的烧结热管平均增加125%左右,hc平均提高了82%左右,R平均降低42%左右。(4)倾斜角度对蒸发段换热系数he、冷凝段换热系数hc和总热阻R有较大的影响。当倾角较小时he随着倾斜角度的增加而增加,当倾角超过60度后he随着倾角的增加而减小,he在60度时取得最大值。倾角为60度时蒸发段换热系数比水平放置时平均增加了52%左右。hc随着倾斜角度的增加而增大,当倾角达到90度时冷凝段的换热系数取得最大值。当倾角较小时R随着倾斜角度的增加而减小,当倾角超过60度后R随着倾角的增加稍微增加,在60度时取得最小值。