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均匀热源条件下类叶状微通道矩形热沉的构形设计

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半导体光电 2021年第4期42卷 525-531页

作者：曲雪健谢志辉关潇男夏少军戈延林海军工程大学动力工程学院武汉430033 武汉工程大学热科学与动力工程研究所武汉430205 武汉工程大学机电工程学院武汉430205

针对均匀背景热流条件下的散热问题,构建了类叶状微通道矩形热沉模型,基于构形理论,在给定热沉体积与液冷通道总体积的约束条件下,以热沉最高温度和压降最小化为目标,以微通道单元数、主通道与分支通道的夹角、主通道与分支通道的管径... 详细信息

针对均匀背景热流条件下的散热问题,构建了类叶状微通道矩形热沉模型,基于构形理论,在给定热沉体积与液冷通道总体积的约束条件下,以热沉最高温度和压降最小化为目标,以微通道单元数、主通道与分支通道的夹角、主通道与分支通道的管径比为设计变量进行了优化设计。结果表明:通过增加微通道单元数、减小主通道与分支通道的夹角、采用较小的主通道与分支通道之管径比,可以降低热沉的最高温度,但是会增大压降损失。

关键词：构形理论电子器件散热微通道热沉热设计

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压电泵驱动闭式水冷回路实验研究

压电与声光 2020年第5期42卷 663-667页

作者：卫铃佼赵雅楠梁惊涛中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京100190

设计了一种压电泵驱动闭式水冷回路传热系统,压电泵采用双腔串联结构,在150 V驱动电压下,泵水流量达330 mL/min。为了分析水蒸气对压电泵驱动闭式水冷回路传热性能影响,该文采用实验方法研究了不同充液率下压电泵驱动水冷回路的启动和... 详细信息

设计了一种压电泵驱动闭式水冷回路传热系统,压电泵采用双腔串联结构,在150 V驱动电压下,泵水流量达330 mL/min。为了分析水蒸气对压电泵驱动闭式水冷回路传热性能影响,该文采用实验方法研究了不同充液率下压电泵驱动水冷回路的启动和稳态工作特点。实验结果表明,闭式回路内压电泵在充液率大于0.895时才能启动。当充液率大于0.930时,少量气相的存在对压电泵及传热系统的工作性能影响较小,系统传热热阻小于0.2℃/W。

关键词：压电泵充液率两相电子器件散热水冷回路

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压电泵驱动闭式水冷环路传热实验研究

热科学与技术 2020年第5期19卷 459-463页

作者：卫铃佼赵雅楠梁惊涛蔡京辉中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京100190

设计并研制全金属双腔串联有阀压电泵,利用压电泵驱动水工质在闭式环路内循环稳定流动。水冷环路热端设计为微通道结构,微通道结构能显著增强液相工质流动过程中与壁面换热速率。在压电泵驱动下,工质在微通道热端吸热、冷端放热,实现热... 详细信息

设计并研制全金属双腔串联有阀压电泵,利用压电泵驱动水工质在闭式环路内循环稳定流动。水冷环路热端设计为微通道结构,微通道结构能显著增强液相工质流动过程中与壁面换热速率。在压电泵驱动下,工质在微通道热端吸热、冷端放热,实现热量从热端到冷端高效传递。搭建实验测试系统,研究压电泵工作性能以及压电泵驱动水冷环路传热性能。结果表明,压电泵在开放系统和闭式系统工作性能一致。压电泵驱动电压越大,回路内液相工质流动速度越快,传热速率越高,系统热阻越低。双腔串联压电泵在120 V驱动电压下,泵水流量达到167 mL/min,水冷环路热阻达到0.12℃/W。压电泵驱动闭式水冷环路具有热阻小、结构紧凑、能耗低、智能控制等优点,能更好地应用于大功率电子器件散热领域。

关键词：压电泵微通道水冷电子器件散热

一体化陶瓷平板热管的自由成型与传热性能研究

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电子器件 2012年第6期35卷 635-638页

作者：刘桂兰陈雪芳范宁张祥林华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 东莞理工学院计算机学院广东东莞523808

为提高电子器件的散热效率,利用电机助推微注射器MAM(Motor Assisted Microsyringe)自由成型技术制备了带有矩形微槽的一体化Al2O3陶瓷平板微热管,并对其不同充液率、冷却条件下的传热性能进行测试。结果表明,在热流密度为5.3W/cm2条件... 详细信息

为提高电子器件的散热效率,利用电机助推微注射器MAM(Motor Assisted Microsyringe)自由成型技术制备了带有矩形微槽的一体化Al2O3陶瓷平板微热管,并对其不同充液率、冷却条件下的传热性能进行测试。结果表明,在热流密度为5.3W/cm2条件下,陶瓷平板热管的传热性能良好。其中,稳态工作条件下,充液率为100%的热管蒸发端和冷凝端的温差仅有5.5℃,传热性能最好。与一般的平板热管相比,平板蒸汽腔工作时,最高温和温差均有所降低。

关键词：电子器件散热一体化陶瓷平板热管 MAM自由成形传热性能

面向中小型服务器散热的平板式环路热管实验研究

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面向中小型服务器散热的平板式环路热管实验研究

作者：赵润泽华中科技大学

学位级别：硕士

环路热管(Loop heat pipe,LHP)作为一种高效被动式散热装置,是解决高热流电子器件散热问题的一个重要手段。为进一步提高LHP传热性能以满足服务器散热需求,本文在以前的研究基础上分别探究了液冷不锈钢-甲醇、液冷铝合金-R1233zd(E)以... 详细信息

环路热管(Loop heat pipe,LHP)作为一种高效被动式散热装置,是解决高热流电子器件散热问题的一个重要手段。为进一步提高LHP传热性能以满足服务器散热需求,本文在以前的研究基础上分别探究了液冷不锈钢-甲醇、液冷铝合金-R1233zd(E)以及风冷铝合金-R1233zd(E)三套平板式LHP的运行表现,分析了将其用于服务器散热的可行性,对相关实验现象做出了解释说明,并给出了一些优化方向。本文提出了一种阻止气态工质漏入补偿腔的方法,研制了一套有效传热距离为810 mm的不锈钢-甲醇LHP。改进后的LHP气液隔离能力得到了明显提高,在水平状态时可以传递10～170 W的热负荷,启动过程平稳,在变热负荷与变热沉温度测试中均可自动调节,无运行失效发生。不锈钢-甲醇LHP具有足够的可靠性,但为从根源上消除甲醇的可燃、有毒等特性带来的隐患,选用环保制冷剂R1233zd(E)作为工质,从轻量化以及导热性出发,选用铝合金作为LHP壳体材料,搭建了一套液冷LHP。在不同热沉温度下进行了实验研究,系统可以在10～190 W的范围内运行。最后,为进一步贴近工程应用,在液冷LHP基础之上,选用风冷翅片微通道冷凝器研制了一套LHP。分别在夏季与冬季对其开展了一系列性能测试,其可以传递的最大热负荷为190 W,对应的热流密度为11.43 W/cm,98%以上的热负荷可以有效传递至外部环境。本文研制了多套平板式LHP,并对其相关性能特性进行了深入探究,分析了具有风冷翅片微通道冷凝器LHP的运行特性,对推动LHP应用于中小型服务器具有一定的指导意义。

关键词：电子器件散热平板式蒸发器环保工质风冷冷凝器传热性能

基于微滴喷射的Al2O3陶瓷平板热管的成形研究

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基于微滴喷射的Al2O3陶瓷平板热管的成形研究

作者：刘桂兰华中科技大学

学位级别：硕士

电子器件的微型化、高功率化对散热方式提出更高的要求。微型平板热管(MHP，micro heat pipe)具有较高的导热率，成为电子器件散热的主要研究方向。传统的MHP采用金属作为管材，加工方法复杂，与电子器件热膨胀不匹配，影响了其传热性能... 详细信息

电子器件的微型化、高功率化对散热方式提出更高的要求。微型平板热管(MHP，micro heat pipe)具有较高的导热率，成为电子器件散热的主要研究方向。传统的MHP采用金属作为管材，加工方法复杂，与电子器件热膨胀不匹配，影响了其传热性能。MAM(motor assisted microsyringe，电机助推微注射器)自由成形技术的引入简化了热管的成形过程，并为氧化铝(AlO)陶瓷成形热管提供可能性，解决了热管与电子器件间的热膨胀匹配问题，为电子器件的一体化封装提出新方向。本文以AlO为原料，创造性地设计和成形了AlO陶瓷平板热管，并对其传热性能进行研究。本文首先对热管的吸液芯进行设计。通过分析沟槽结构对传热性能的影响，设计了热管的槽宽与槽深。并根据MAM一体化成形要求，增加了0.35mm支撑层，优化了热管的吸液芯。研究了AlO陶瓷浆料稳定性的影响因素，分析其分散机理，得到分散剂含量和PH值的最优参数;根据成形工艺对浆料性能的要求，确定了AlO陶瓷浆料的最佳配方。在热管制造工艺研究方面，通过成形实验，探索了最佳成形工艺参数;分析了烧结温度对AlO陶瓷的表面形貌和力学性能的影响，确定了最佳烧结温度为1550℃;根据陶瓷的特点，制定了抽真空和充液方案。本文还对热管的传热性能进行研究。设计了性能检测系统，分析了系统的热阻;研究了不同充液率以及散热条件对热管传热性能的影响。研究结果表明，充液率为100%、采用热沉散热条件时，陶瓷平板蒸汽腔的温差仅有3.8℃，导热系数达1409W/m·k，传热性能最好。

关键词：电子器件散热陶瓷平板热管 MAM自由成形传热性能

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超薄平板式环路热管的实验研究

超薄平板式环路热管的实验研究

作者：田巍华中科技大学

学位级别：硕士

环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)是一种利用工质相变循环传递热量的被动式两相传热装置。在航天器散热、电子器件散热等诸多领域都得到了广泛应用。随着集成度的提高和性能的增强,高热流、小空间成为电子设备散热技术的发展趋势。为适应... 详细信息

环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)是一种利用工质相变循环传递热量的被动式两相传热装置。在航天器散热、电子器件散热等诸多领域都得到了广泛应用。随着集成度的提高和性能的增强,高热流、小空间成为电子设备散热技术的发展趋势。为适应这种要求的变化,超薄化设计的研究成为环路热管技术发展中的一个重要问题。本文通过对环路热管研究现状进行了研究分析,比较了不同设计结构环路热管的特点,基于纵向供液蒸发器设计研制了一套蒸发器厚度为6 mm的矩形纵向供液LHP系统。改进后的纵向供液LHP系统水平状态时能输运热负荷20 W0 W。同时重力辅助状态下,LHP系统性能得到明显提升,启动过程更为平稳。进一步分析发现,纵向供液结构相比于反向供液结构会带来供液能力不足和“侧壁漏热”严重的劣势,降低LHP系统运行性能。在矩形纵向供液LHP基础上,为增强纵向供液LHP供液能力,本文设计研制了蒸发器厚度为4.5 mm的偏心结构纵向供液LHP系统,并在不同冷凝温度下进行传热性能测试。系统表现出良好的低热负荷响应性能,最低运行热负荷达到2W。最后,本文在镍基双孔径烧结毛细芯烧结工艺的基础上提出了一种混合了金属丝网的超薄毛细芯制作方案,成功制备了厚度低至0.5mm左右的超薄毛细芯样品。对制备的毛细芯样品进行孔隙率及有效导热系数测试,发现超薄毛细芯具有与常规厚度毛细芯相近的性能。本文设计研制了多套纵向供液LHP系统,并对其相关性能与运行机理进行了实验研究和分析,了解了纵向供液LHP的相关特性。同时提出了混合金属丝网的超薄毛细芯制备方法。研究结果对环路热管超薄化设计具有一定的指导意义。

关键词：电子器件散热超薄环路热管纵向供液超薄毛细芯性能实验

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泵辅助环路热管的研制与实验研究

泵辅助环路热管的研制与实验研究

作者：张浩华中科技大学

学位级别：硕士

泵辅助环路热管是一种新型的主动与被动结合的相变散热装置,它解决了传统平板式环路热管因毛细抽力有限而引起的传热距离短、传热极限低、温度波动和启动失败等问题,在高热流电子器件散热和航天器热控领域有着很大的应用潜力。为了进一... 详细信息

泵辅助环路热管是一种新型的主动与被动结合的相变散热装置,它解决了传统平板式环路热管因毛细抽力有限而引起的传热距离短、传热极限低、温度波动和启动失败等问题,在高热流电子器件散热和航天器热控领域有着很大的应用潜力。为了进一步提高其传热性能、拓展其适用范围,本文在前人的研究基础上探索了新型工质和新型微泵在泵辅助环路热管中的传热表现,检验了其同时对多个热源散热的可行性和运行规律。作为泵辅助环路热管的重要动力源,微泵的工作能力是影响回路性能的关键因素。为了减轻系统重量、增大工质循环流量,研究中首先选用了自主研制的离心微泵;同时为了避免高转速下液体工质空化而损伤叶片,高压工质纯氨被用来传输热量,其沸点低、饱和曲线斜率大等热物性也使其在热管中表现优良。接下来制作了一个氨-不锈钢-离心泵回路,搭建了传热实验平台,测试结果证明了该回路始终工作于效率更高的薄液膜蒸发换热模式,没有温度波动、温度过冲、温度迟滞等现象发生,蒸发器能够根据工况变化及时自动调节状态,在传热距离超过2m、热源温度不超过80°C的情况下,回路能够传输的最大热流密度达到36.35W/cm。另一方面,为了验证泵辅助环路热管在面对多热源分布式散热场景时的有效性,研究制作了一个甲醇-不锈钢-齿轮泵双蒸发器并联回路,重点考察了其在不同热负荷分配情况下的启动和变负荷运行能力,揭示了两个蒸发器之间的相互作用效果和规律。实验表明蒸发器存在单相对流和稳定蒸发两种换热方式,两个蒸发器内的工质蒸发温度由于压力的传递而始终保持相等,一个蒸发器的换热效率会受到另一个蒸发器热负荷的影响,温度过冲是甲醇双蒸发器系统时常出现的固有现象,蒸发器传热失效总是表现在蒸汽持续过热并且停止流动。本文以理论分析和实验研究的方式对泵辅助环路热管进行了多方面的探索,了解了氨系统和双蒸发器系统的运行特性,对这种新型装置的性能改善和应用拓展具有一定的指导意义。

关键词：电子器件散热环路热管泵辅助多蒸发器性能实验

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平板型环路热管温度波动现象研究

热科学与技术 2009年第3期8卷 220-225页

作者：盖东兴刘伟刘志春杨金国华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

环路热管(loop heat pipe,LHP)是一种靠蒸发器内毛细芯产生毛细力驱动回路运行,利用工质相变来传递热量的高效传热装置。研制了一套小型平板式蒸发器、风冷式冷凝器的环路热管(mLHP),mLHP的毛细芯为500目不锈钢丝网,工质为丙酮和甲醇。... 详细信息

环路热管(loop heat pipe,LHP)是一种靠蒸发器内毛细芯产生毛细力驱动回路运行,利用工质相变来传递热量的高效传热装置。研制了一套小型平板式蒸发器、风冷式冷凝器的环路热管(mLHP),mLHP的毛细芯为500目不锈钢丝网,工质为丙酮和甲醇。蒸发器、冷凝器以及所有管路均由紫铜制成。着重研究了平板型mLHP在不同热负荷条件下的温度波动特性。实验结果表明,平板式mLHP在某些热流密度区间容易发生温度波动;同时,重点研究了工质对mLHP系统温度波动的影响,并给出相应的合理解释。

关键词：环路热管平板型蒸发器温度波动实验研究电子器件散热