平板式LHP的性能及可视化实验研究

作     者：赵帅诚 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘伟

授予年度：2023年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：平板蒸发器 全局可视化 环保工质 气液喷射 

摘      要：随着电子技术不断发展,电子器件向着集成化与小型化方向发展,模块化的电子元器件在工作过程中产生大量废热,影响运行的稳定性与可靠性。环路热管(Loop heat pipe,LHP)是一种广泛运用于电子器件的两相被动散热装置,具有传输距离远、传热能力强、经济性好等特点。本文开展了如下研究。首先,搭建了一套平板式可视化LHP,分析了启动和变负荷工况下系统内工质流动状态以及热性能影响因素。LHP采用一体式石英玻璃制成,设计了硅橡胶密封结构实现了系统气密性目标。根据两相状态变化,分析了LHP启动的三个阶段特征,研究了冷凝器工作效率、热泄漏和不凝性气体对LHP热性能的影响。LHP的可视化研究全面描述了系统的传热和传质过程,并直观地展示了LHP的运行特性。其次,根据可视化研究中相关结论,提出了一种解决电子器件散热问题的方案。该方案采用新型环保制冷剂R1234ze(E),并面向不同应用需求设计了液冷式和风冷式散热方式。根据工业化应用特点设计管路与蒸发器结构,材料采用铝合金实现轻量化的目标。两套LHP系统均能在10～150 W的热负荷范围内运行。最后,对平板式LHP系统进行优化,针对蒸发器漏热问题搭建了一套气液喷射平板式LHP。系统中引入了自主设计的微型喷射器结构抑制蒸发器补偿腔内热泄露。该系统有效传输距离为555 mm,运行区间为50～100 W且热源温度低于55℃。本文搭建了多套平板式LHP系统,深入探究了LHP运行机理、实际应用与部件优化,分析了平板式LHP的运行特性,对推动LHP用于电子器件散热有一定的指导作用。