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主动式电流体微槽平板热管的理论分析

工程热物理学报 2019年第5期40卷 1120-1125页

作者：辛菲马挺王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

毛细极限常常制约了传统微型平板热管对高热流密度电子器件的冷却。本文采用结构简单、能耗低的电流体力学强化技术与微槽平板热管相结合,建立了一维电流体微槽平板热管稳态轴向流动传热的数学模型,研究了在不同电场强度下工质压力、流... 详细信息

毛细极限常常制约了传统微型平板热管对高热流密度电子器件的冷却。本文采用结构简单、能耗低的电流体力学强化技术与微槽平板热管相结合,建立了一维电流体微槽平板热管稳态轴向流动传热的数学模型,研究了在不同电场强度下工质压力、流速等沿轴向的分布情况.数学分析表明,在本文的研究条件下,当场强为13 kV cm^(-1)时,微型热管的最大传热极限是无电场作用时的11.2倍.微槽平板热管施加电场可加强液体从冷凝段到蒸发段的回流,减少热管对毛细压差的需求,大大提高了热管的传热能力,有助于实现高热流密度电子器件的快速冷却.

关键词：微槽平板热管数学模型电流体力学EHD 场强传热能力

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重力对微槽平板热管传热性能的影响

热能动力工程 2004年第1期19卷 33-37页

作者：范春利曲伟孙丰瑞马同泽海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033 中国科学院工程热物理研究所北京100080

系统地研究了重力对微槽平板热管传热性能的影响 ,分析了工作温度、冷却方式和倾角等影响因素。通过对比实验发现重力对热管的轴向液膜分布影响非常明显 ,在周向只在大充液率时有明显的影响 ,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力。... 详细信息

系统地研究了重力对微槽平板热管传热性能的影响 ,分析了工作温度、冷却方式和倾角等影响因素。通过对比实验发现重力对热管的轴向液膜分布影响非常明显 ,在周向只在大充液率时有明显的影响 ,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力。研究表明深槽平板热管具有优良的传热性能。

关键词：微型热管电子器件微槽平板热管微槽道薄液膜

电子器件散热用微槽平板热管与微通道传热机理研究

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电子器件散热用微槽平板热管与微通道传热机理研究

作者：刘一兵湖南大学

学位级别：硕士

电子器件向高密度大功率方向发展,使得芯片热流密度提高,散热空间减小。使得传统的散热方式不得满足电子技术日益发展的要求,微槽平板热管因其在电子器件散热领域的广泛应用前景而成为研究和开发的热点。微槽平板热管虽然结构简单,但内... 详细信息

电子器件向高密度大功率方向发展,使得芯片热流密度提高,散热空间减小。使得传统的散热方式不得满足电子技术日益发展的要求,微槽平板热管因其在电子器件散热领域的广泛应用前景而成为研究和开发的热点。微槽平板热管虽然结构简单,但内部发生的物理过程十分复杂,有些机理尚未达成共识。本文在大量查阅现有国内外文献的基础上,总结并综合前人有关微槽平板热管理论研究方面的成果,对微槽矩形槽平板热管进行了较为深入的研究。本文的研究分为四个部分,第一部分为平板热管的设计要点及制造工艺,指出了设计中要注意工质与管壳材料的相容性,制作时要严格控制清洗、检漏、充装等关键工序以保证制作质量并对热管的传热极限进行了讨论。第二部分在充分考虑槽道内汽——液界面剪切摩擦力下,建立了微矩形槽平板热管的数学模型,通过迭代计算得出工质质量流量、流体和蒸汽平均流速、汽——液界面弯月面半径及蒸汽和液体压力沿槽向分布规律。并对实验用微矩形槽铜——水平板热管进行了实验研究,结果表明：此热管具有良好的启动特性,其最佳充液率在1.3左右,重力能辅助热管换热,改善热管的传热性能,提高冷凝段的冷凝能力能有效地提高热管的传热性能。第三部分最后对热管外壁面温度值的计算结果和实验结果进行了比较,两者数值基本一致;同时使用ANSYS热分析软件进行了仿真,对迭代计算出的热管表面中心点温度值与仿真结果比较误差仅5.27%。证明了所建数学模型与实际相符,对热管的理论分析具有指导意义最后采用ANSYS热分析软件对矩形槽、梯形槽、三角形槽三种不同结构的平板热管进行模拟仿真,比较了加热功率分别为30W、40W、50W三种情况下热管下表面中心点温度值。第四部分对矩形微通道的传热和流动特性进行了三维数值模拟,通过分析所建模型可为设计和分析微通道的性能提供理论参考。通过本文的研究得出：本文对电子器件散热用的微槽平板热管所建的数学模型与实际基本相符,能真实反映微槽平板热管的传热特性对热管的理论分析具有指导意义,且梯形槽平板热管具有更优良的传热性能。矩形微通道所建模型能较为真实反映其传热流动特性,最后对热管和微通道进一步地深入研究进行了展望。

关键词：电子器件微槽平板热管矩形微通道传热性能数值模拟

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微槽平板热管的流动分析

制冷与空调（四川） 2010年第2期24卷 1-5页

作者：朱嫣宋保银孙中原南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

通过建立微槽平板热管的数学模型,得到了热管内部毛细流动和传热的数据,分析了热管在多种工况下工作特性的变化规律,考察了汽液界面上的剪切作用对热管传热量的影响,并且进一步在理论上预测了该型热管的毛细和沸腾极限。

关键词：微槽平板热管毛细流动传热

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微槽平板热管传热性能的实验研究

海军工程大学学报 2004年第2期16卷 1-4,11页

作者：范春利曲伟杨立华顺芳马同泽海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033 中国科学院工程热物理研究所北京100080

系统地研究小充液率条件下重力对微槽平板热管传热性能的影响,分析了工作温度、冷却方式等影响因素.发现重力对热管径向液膜的分布影响比较小,而对轴向的影响比较明显,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力.进一步证明了深槽平板热... 详细信息

系统地研究小充液率条件下重力对微槽平板热管传热性能的影响,分析了工作温度、冷却方式等影响因素.发现重力对热管径向液膜的分布影响比较小,而对轴向的影响比较明显,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力.进一步证明了深槽平板热管具有良好的传热性能.

关键词：微槽平板热管传热性能微型热管微槽道薄液膜

三种微槽结构平板热管传热特性的有限元热分析

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低温与超导 2010年第3期38卷 65-68页

作者：刘一兵黄志刚邵阳职业技术学院机电工程系邵阳422000

文中采用ANSYS热分析软件对矩形槽、梯形槽、三角形槽三种微槽平板热管进行了模拟仿真。通过比较加热功率分别为30W、40W、50W三种情况下热管下表面中心点温度值,得出了梯形槽平板热管具有更优良的传热性能的结论。

关键词：微槽平板热管 ANSYS 建模网格划分

一种微矩形槽平板热管的数值模拟和有限元热分析

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低温工程 2010年第3期 35-38页

作者：刘一兵湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 邵阳职业技术学院机电工程系邵阳422000

充分考虑了槽道内气液界面摩擦力对热管传热特性的影响,对矩形槽平板热管内部的流动和换热过程建立了数学模型,使用ANSYS热分析软件进行了仿真,对迭代计算出的热管表面中心点温度值与仿真结果进行了比较,误差仅5.27%,两者基本相符,说明... 详细信息

充分考虑了槽道内气液界面摩擦力对热管传热特性的影响,对矩形槽平板热管内部的流动和换热过程建立了数学模型,使用ANSYS热分析软件进行了仿真,对迭代计算出的热管表面中心点温度值与仿真结果进行了比较,误差仅5.27%,两者基本相符,说明所建数学模型对热管理论分析具有指导意义。

关键词：微槽平板热管传热性能建模 ANSYS

一种微小型多槽道平板热管传热特性的实验研究

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红外技术 2009年第1期31卷 44-46,50页

作者：刘一兵丁洁湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 邵阳职业技术学院机电工程系湖南邵阳422000 商丘职业技术学院机电工程系河南商丘476000

对微小型多槽道矩形结构的铜-水平板热管的启动特性以及热管的充液率、倾角及冷凝段的传热能力对传热性能的影响进行了实验研究。结果表明:热管具有良好的启动特性,其最佳充液率在1.3左右,重力能辅助热管换热,改善热管的传热性能,提高... 详细信息

对微小型多槽道矩形结构的铜-水平板热管的启动特性以及热管的充液率、倾角及冷凝段的传热能力对传热性能的影响进行了实验研究。结果表明:热管具有良好的启动特性,其最佳充液率在1.3左右,重力能辅助热管换热,改善热管的传热性能,提高冷凝段的冷凝能力能有效的提高热管的传热性能。

关键词：微槽平板热管传热性能充液率倾角

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微槽型平板热管传热性能实验研究

微槽型平板热管传热性能实验研究

作者：管吉庆电子科技大学

学位级别：硕士

随着半导体工业的快速发展,电子元器件的热流密度在不断增大。散热问题己成为限制电子技术发展的重要原因。为了更好的解决电子散热方面高热流密度散热问题,提高微槽平板热管的热性能,通过测试和理论分析等方法来研究微槽平板热管的换... 详细信息

随着半导体工业的快速发展,电子元器件的热流密度在不断增大。散热问题己成为限制电子技术发展的重要原因。为了更好的解决电子散热方面高热流密度散热问题,提高微槽平板热管的热性能,通过测试和理论分析等方法来研究微槽平板热管的换热特性和机理是很有必要的。所以,本文对微槽平板热管进行仿真和实验研究,为实际应用打下基础。主要工作内容如下:首先,建立微槽平板热管的二维物理模型,应用VOF(Volume of fluid)多相流模型,结合编译的蒸发冷凝模型进行了数值模拟。主要研究充液率和热源功率对流动换热的影响。结果表明,充液率的不同会影响热管传热性能,当充液率为30%时,随着热源功率的增加热管整体温度升高。然后,制作微槽平板热管,搭建微槽型平板热管的实验测试平台。以丙酮作为微槽平板热管的工质进行实验研究。研究了充液率,真空度和热源热流密度对传热性能的影响。结果表明,充液率的不同会影响热管传热性能,充液率为30%,此时热管性能最优。当充液率为30%时,随着热源功率的增大,蒸发段温度的升高,热阻变小,当达到传热极限之后,热管烧干,热阻变大。在传热极限时,热管的最大传热量达到120W,最小热阻为0.44 K/W。此外,还研究了微槽平板热管的蒸干现象和密封不良的微槽平板热管的传热性能。以上实验结果和仿真结果进行对比,可以看出仿真热阻与实验热阻趋势具有一致性。最后,建立热管的热阻网络模型,热阻模型表明工质对传热性能具有很大影响。利用两步法制备了质量浓度分别为0.002wt%,0.005wt%,0.01wt%和0.015wt%的M1(长径比为666的多壁碳纳米管)-丙酮纳米流体和M2(长径比为200的多壁碳纳米管)-丙酮纳米流体代替丙酮对微槽平板热管进行实验优化研究。使用上述纳米流体作为工质,通过实验获得热管壁温来研究热管的传热性能。结果表明,质量浓度的不同影响热管传热性能,且存在最佳质量浓度(0.005wt%)。具有M1-丙酮纳米流体(0.005wt%)和M2-丙酮纳米流体(0.005wt%)热管与丙酮热管对比热阻分别降低40%和16%。此外,结果还表明,相同质量浓度,多壁碳纳米管长径比的不同会影响热管传热。基于上述实验现象,分析了不同质量浓度多壁碳纳米管-丙酮纳米流体改变热管传热性能的原因:一部分纳米颗粒沉积在热管的内表面,另一部分纳米颗粒悬浮在基液中,两者的分布影响微槽平板热管的传热性能。

关键词：微槽平板热管数值模拟实验研究纳米流体