烧结式微热管的吸液芯成型机理及其制造工艺

目前电子芯片对散热要求的越来越高,烧结式微热管已经成为其理想的散热元件。本文分析了铜粉颗粒在吸液芯中的成型机理,探讨了烧结式微热管吸液芯毛细结构的制造工艺,主要解决了吸液芯成型温度与成型时间的确定,以及烧结时芯棒的固定、抽出与铜粉颗粒的填充等相关问题。结果表明,采用本研究中的制造工艺和在900℃～950℃、30min～60min所烧结出来的吸液芯具有铜粉颗粒分布均匀、对称性好,生产效率高,成本低等优点,并且制成的微热管具有很好的传热性能。     

烧结式微热管工质量模型的研究(英文)

微热管中工质量的多少,不仅影响微热管的传热性能,而且会影响微热管的传热安全性、可靠性与抗冻性.为了研究烧结式微热管中工质量的实验数学模型,通过对微热管工作原理与热流密度变化规律的分析,建立了微热管中工质量的数学模型,并通过对以蒸馏水作为工质,且对微热管灌注不同的工质量,在不同的温度下进行传热性能试验,对所建立模型中的相关参数进行求解.结果表明,在实际应用中,用所建立的实验模型进行计算,得出的工质量对烧结式微热管进行灌注,可以使烧结式微热管得到很好的传热性能.     

无吸液芯径向热管的传热机理

研究了无吸液芯径向热管的传热机理,由可视化实验推测其换热机理为液体沸腾换热和蒸汽对流换热,在碳钢-水径向热管实验中,所测管壁温度分布证实了以上推测的机理,由实验数据计算沸腾换热量,蒸汽对流换热系数随其流速变化而不断改变,推导出对流换热系数表达式。将换热系数表达式导入计算中,做为传热边界条件,模拟管壁温度以及蒸汽温度和流速。管壁温的计算结果与实验所测值能很好的吻合,这进一步验证了无吸液芯径向热管的传热机理。     

不同结构吸液芯的超薄平板热管传热性能研究

吸液芯结构对超薄平板热管的传热性能有很大影响.为对比不同结构吸液芯的超薄平板热管传热性能,研制了4种吸液芯的超薄平板热管并进行传热性能实验.结果发现:120～200目烧结芯超薄平板热管的热阻最低,在稳定工作时蒸发端温度最低,启动时间最短;在相近孔隙率下,烧结芯热管比丝网芯热管的传热性能好,粉末烧结结构比网状结构更利于改善毛细力和强化沸腾.     

烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响

通过采用直径分别为5.5mm及6mm的芯棒制作外径是8mm、烧结层长度分别占总长度的1/3、2/3及1的复合型吸液芯热管(分别命名为GO、GT和GF),对其极限传递功率(MHTP)、蒸发端、冷凝端及总热阻进行比较。研究烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响。工质的填充状态有两种:①吸液芯孔隙填满工质;②填充相同工质量。结果发现:两种工质灌注状态对热阻的影响较小,对MHTP的影响较大。芯棒直径5.5mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP都达100W以上;状态②中,GF则只达到80 W。芯棒直径6mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP分别为100 W以上、80 W、60W;状态②中,GO、GT、GF的MHTP则分别为80W、100W以上、80W。减少吸液芯烧结层的长度可有效降低热管总热阻,吸液芯厚度相同时,GT或GO总热阻相对GF至少可减少33%。输入功率60~100 W时,同根热管总热阻大小变化0.01℃/W。吸液芯厚度增加0.25mm时,相同烧结长度的热管总热阻大小相差0.01℃/W。两种工质灌注状态都表明烧结层长度对复合热管蒸发段热阻影响较小,主要对冷凝端及总热阻有影响,其中热管冷凝端热阻的变化趋势与总热阻相同。     

组合式吸液芯高温热管热阻和瞬时传热性能分析

根据碟式太阳能热管接收器的工作情况,开发设计了加工简便、成本较低的组合式吸液芯高温热管.对该热管建立了热阻模型,通过试验验证热阻模型的可靠性,并从温度、热阻和当量导热系数3方面与三角沟槽/金属丝网吸液芯热管进行比较,分析了热管瞬时传热性能.在相同的冷却工况下,与三角沟槽/金属丝网吸液芯热管相比,组合式吸液芯热阻稳定且较小,当量导热系数较大.因此,组合式吸液芯高温热管较三角沟槽/金属丝网吸液芯热管传热性能优良,可较好地应用于碟式太阳能接收器.     

压扁厚度对压扁型烧结式微热管性能的影响

对不同压扁厚度的压扁型烧结式微热管进行了实验研究,优化了压扁厚度为5 mm(真空腔厚度为3 mm)时微热管的工质量,分析了在相同工质量下压扁厚度对微热管轴向温度分布、极限传输功率、各部分温差和热阻的影响.结果表明:对于比完全充满吸液芯时的充液量略少的工质量,压扁厚度只对极限传输功率略有影响;压扁厚度为5、4、3 mm时,极限传输功率分别为40、50、60 W.而对于比完全充满吸液芯时的充液量略多的工质量,压扁厚度的减少会使微热管性能下降,压扁厚度从5 mm减少至4 mm时,热阻从约0.15℃/W提高至约0.20℃/W,压扁厚度为3mm时,微热管失效.文中还对各种实验结果的原因进行了分析,发现压扁厚度主要是通过改变管内工质的分布状况来影响微热管性能的.     

流体在组合式吸液芯中的流动阻力

对水在组合式多孔吸液芯中的流动阻力进行了试验研究和数值模拟,分析其中金属纤维毡的厚度和水的流动状态对组合式吸液芯中流动阻力的影响.通过试验得出了组合式吸液芯的渗透率以及流动阻力压降的表达式.研究表明:组合式吸液芯的渗透率随着金属纤维毡的厚度增加而减小,在金属纤维毡厚2、3和4mm时,渗透率分别为336×10 - 12、242×10 - 12、104×10-2 m2.水在湍流状态时需要考虑惯性效应对流动阻力的影响,且流速越大影响越大.在准确获得渗透率和惯性摩擦系数的前提下,Fluent 6.3能较为准确地模拟流体在组合式吸液芯内的流动情况.     

扁锭的液芯加热和液芯轧制

建立了反映扁锭特点的钢锭冷却和加热过程的二维数学模型。用该模型对本钢10.866吨扁锭的浇后冷却过程以及在单侧上烧嘴式均热炉内的加热过程进行了计算,由计算得出扁锭实现液芯加热和液芯轧制应该控制的装炉热状态。在炉时间以及温热制度等工艺参数。通过现场实测验证计算结果可信,说明数学模型可用。上述工作为现场制订扁锭的液芯加热和液芯轧制操作规程提供了理论依据,在本钢进行了51炉、6769吨扁锭的生产性实验,实验结果表明该项节能工艺是成功的,并取得了重大经济效益: 1.提高均热炉生产能力1.5倍; 2.降低热耗0.795×10~6kJ/t(ingot); 3.节电3.12kW·h/t(ingot); 4.减少氧化烧损0.5％。     

纤维复合沟槽吸液芯微热管的传热性能实验

为了进一步提高微热管的传热性能,提出了一种新型的纤维复合沟槽毛细吸液芯结构,对外径为8 mm、内部气体通道直径为4.5 mm的纤维复合沟槽的烧结式微热管(GF)进行了实验研究,其中填充纤维的长度分别为2和5mm(对应的微热管分别记作GF2和GF5),并将GF与铜粉复合沟槽微热管(GA)进行对比.结果发现GF的传热性能更好:GF2和GF5吸液芯的平均孔隙率分别可达71.6％和76.3％,并能实现孔隙率的区域化分布;GF2的极限传热功率高达140W以上,输入功率为20 ～ 70W时,蒸发段、冷凝段热阻和总热阻都较低,分别稳定在0.04、0.03和0.07℃/W附近,具有很高的热传导率;输入功率为70W以上时,冷凝段及总热阻都有明显上升趋势,但总热阻仍比GA的低;热管蒸发段温度与蒸发段热阻关系较密切,而总热阻的变化趋势则与冷凝段的基本相同.     

热柱复合毛细芯的成形工艺及其优化

针对当前微电子芯片的高热流密度问题,设计了一种具有复合毛细芯结构的热柱.其成形工艺为利用犁切-挤压的方法加工热柱蒸发端和冷凝端表面的交错微沟槽,然后在微沟槽表面烧结一层铜纤维.文中通过综合分析热柱毛细芯的成形过程,研究犁切-挤压参数对热柱蒸发端微沟槽成形的影响,以及烧结参数对烧结层的影响.结果表明:在热柱毛细芯微沟槽的...     

铜粉粒径对烧结式热管传热性能的影响

为了进一步优化烧结式吸液芯的结构,提高热管的热传导性能与效率,研究了外径分别为5、6、8mm和吸液芯厚度为0.5～0.6 mm的热管的传热特性,结果发现:铜粉粒径分布比较集中时,如果其平均粒径增大,吸液芯的孔隙率和热管的极限传输功率(MHTP)均会增大,热管的冷凝端温差及总热阻则略微减小;不同粒径范围的铜粉混合时,热管的冷凝端温差及总热阻在不同外径的热管内的变化规律不同;含70%小粒径铜粉的烧结式热管的MHTP最小,且粒径越小MHTP越低;含70%大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP仅次于全部为大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP;铜粉粒径的范围越小,热管的性能越优,平均粒径为(165±15)μm的铜粉适合于制作薄壁烧结式热管.     

微热管拉拔的成型实验研究

在分析拉拔成型机理的基础上进行了微热管拉拔成型实验,用回归分析方法确定了铜管材拉拔过程中增壁值与减径量之间的数学关系,为微热管拉拔奠定了一定的理论基础和实验基础．     

碳纳米管悬浮液在微槽道热管中的应用

在稳定运行压力条件下,对水基多壁碳纳米管(MWNT)悬浮液为工质的水平轴向微槽道热管换热特性进行实验分析.结果表明：由水基MWNT替代去离子水后,热管性能得到改善,壁面平均温度明显下降;微槽道热管的蒸发换热系数最大提高80％;最大热流密度提高25％;热管总热阻下降了50%左右.运行压力对热管换热性能有明显影响,压力越小,MWNT悬浮液对换热特性的强化作用越显著.热管热阻和最大换热能力均随MWNT浓度的增加而提高,而当MWNT浓度增加到一定值后又随之下降,最佳浓度在2.0％左右.     

铜热管内壁微沟槽的高速充液旋压加工

对直齿微沟槽铜热管的高速充液旋压拉拔成形加工机理进行了研究,建立了微沟槽高速充液旋压成形的几何模型,通过实验发现:微沟槽的加工包括挤压和成形两个阶段;影响微沟槽成形的主要因素包括多齿芯头几何参数、芯头位置、减薄量、拉拔速度、旋压器转速和工作温度等;通过控制挤压深度、进给量、芯头形状与位置等,可加工出不同形状、不同深宽比及不同壁厚的微沟槽;高速充液旋压加工微沟槽在生产上具有可行性,其材料利用率和生产效率高,成本低廉.     

微型圆热管挤压犁削／拔拉成型刀具和模具的设计

在分析微型热管的功能、技术要求及其加工工艺的基础上，设计了微型热管犁削-拔拉用成型刀具和系列模具．该刀具可使定位装夹方便，加工的热管直径尺寸稳定；模具保证了热管的外径尺寸并可方便地根据要求改变外径尺寸，热管外表面质量好，内部具有更加优良的毛细结构．刀具采用高速钢，模具采用45钢．