【摘 要】
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随着均热板的发展趋向于超薄化,有限的厚度限制了均热板的传热性能。因此,如何在有限的厚度下提升均热板的极限传热功率是一项十分有意义的课题。本文所研究的均热板,其复合吸液芯结构由4条螺旋编制网吸液芯和一层铜网吸液芯组成。本文通过数值模拟、理论推导的方法研究了复合吸液芯超薄均热板的传热特性,并对其进行了优化。主要内容与结果如下:(1)以新型复合吸液芯多蒸汽通道超薄均热板为研究对象,建立了一个三维的数值模
【基金项目】
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广州市科技计划项目(201707010071); 国家自然科学基金(51776077); 广东省自然科学基金项目(2018B030311043); 广东省基础与应用基础研究基金项目(2020B1515020040); 华南理工大学中央高校基础研究项目(2018ZD05)
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随着均热板的发展趋向于超薄化,有限的厚度限制了均热板的传热性能。因此,如何在有限的厚度下提升均热板的极限传热功率是一项十分有意义的课题。本文所研究的均热板,其复合吸液芯结构由4条螺旋编制网吸液芯和一层铜网吸液芯组成。本文通过数值模拟、理论推导的方法研究了复合吸液芯超薄均热板的传热特性,并对其进行了优化。主要内容与结果如下:(1)以新型复合吸液芯多蒸汽通道超薄均热板为研究对象,建立了一个三维的数值模型。分别通过对比均热板表面仿真温度和实验温度以及蒸汽压差仿真值和理论值,验证模型的准确性。通过仿真的手段,研究了均热板内部复合吸液芯的流量分布规律。在不同加热功率下,研究了蒸汽通道高度对蒸汽流速、蒸汽压降和均热板总热阻的影响。蒸汽流度、压降和总热阻的变化趋势相同,且均与通道高度成反比关系。而随着通道高度的增加,热阻的下降幅度减小,即盲目地增大蒸汽通道高度对提升均热板传热性能的收益很小。(2)目前在研究中仅有预测单一种类吸液芯热管的极限传热功率的理论计算模型,而复合吸液芯均热板极限传热功率的理论值的计算的研究还很少。因此,本文建立了复合吸液芯均热板极限传热功率的理论计算模型,并将理论计算结果与实验结果对比验证了模型的准确性。结果表明,均热板极限传热功率随着蒸汽通道宽度的增大先增大后减小。根据该理论计算模型,分析了复合吸液芯结构、分层吸液芯结构和间隔吸液芯结构这三种吸液芯结构对均热板传热性能的影响。此外,螺旋编制网吸液芯的数量对均热板传热性能的影响可以忽略,蒸汽通道数的增加会略微降低均热板的极限传热功率。对于复合吸液芯结构和间隔吸液芯结构,合理调整蒸汽通道宽度,在蒸汽通道数为2时,均热板的极限传热功率分别可以达到9.45W和10.51W。(3)在基于均热板的热管理应用中,往往关注的是被冷却对象的最高温度和温差,均热板的表面温度、温差和总热阻这类参数。所以,在基于均热板的热管理应用的数值仿真研究中,使用等效导热模型能够有效地减少建模的工作量和节省时间。等效导热模型是指在数值仿真中将均热板内部的蒸汽区域和吸液芯区域等效为固体,设置相应的等效导热系数。本章通过分域的思想建立了复合吸液芯超薄均热板的等效导热模型,并比较等效导热模型的仿真温度、实验测量温度和求解均热板内部气液流动的数值模型的仿真温度,验证其准确性。(4)参考复合吸液芯超薄均热板的等效导热模型提出了部分压扁热管的分段各向异性等效导热模型和分层分段等效导热模型。结果表明:分段各向异性模型在低热管工作温度(28~38°C)的情况下具有较高的准确性,热管表面温度的最大相对误差为5.90%,而分层分段模型在热管工作温度为28~50°C范围内具有较高的准确性,热管表面温度的最大相对误差为6.51%。并分析了吸液芯等效导热系数对等效导热模型准确性的影响。
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