微电子技术高速发展，使得芯片集成度和功耗越来越高，从而产生了致命的高热流密度问题。如何将狭小空间内的高热量及时转移出去，是芯片散热研究领域亟需解决的难题。毛细泵环CPL(Capillary Pumped Loops)利用采用气/液相变传热，散热能力比热管高2个数量级以上，在芯片散热领域有广阔的应用前景。CPL已被广泛应用于空间站、飞行器等大型器件的热控制，但小型化也随之带来了CPL传热能力偏低的问题。本文设计了一种新型高性能小型化CPL热控制系统，将强化沸腾结构和强化冷凝结构应用于蒸发器和冷凝器，提高其蒸发和冷凝效率，使其适应当前微电子芯片高热流密度散热的需求。重点研究了本CPL关键部件强化沸腾结构和强化冷凝结构的加工成形工艺，并将该强化传热结构应用于CPL进行了性能测试，取得了良好效果。主要研究内容如下： 1、高性能小型CPL热控制系统结构设计与理论分析设计了一种高性能小型CPL热摔制系统，与现有CPL相比，主要特点是在蒸发器和冷凝器中应用强化沸腾结构和强化冷凝结构，达到提高蒸发和冷凝效率的目的。系统由蒸发器、冷凝器、蒸汽联管和液体联管四部分组成。从系统压力、能量平衡、热量与热阻等方面分析了系统循环的可行性。整个系统无机械运动部件，被动散热，无需能量供给。液体工质在蒸发器中吸热蒸发，蒸汽通过蒸汽联管至冷凝器冷凝释放汽化潜热，冷凝的工质通过液体联管依靠毛细作用泵吸回蒸发器继续循环。整个系统依靠毛绌泵吸力和蒸气压力并保证循环，依靠饱和毛细芯对气体的阻碍作用保证工质的单向流动，无需阀控制。 2、沸腾强化结构成形采用犁切-挤压一次成形加工机理，从薄铜板单面V形槽成形出发，逐步将V形槽成形应用于已开矩形槽的溥铜板背面，获得矩形槽与V形槽交错互通沸腾强化结构，最终在薄铜板表而生成双面V形槽交错互通沸腾强化结构。该结构上下表面有交错互通的微沟槽翅结构(由微沟槽、凸缘和问歇微翅组成)，两微沟槽之间有凸缘，凸缘上带有间歇微翅，可定义为一种“孔-槽-翅”复合结构，能实现汽、液两相流在六个自由度内连续交错流动、促进湍流，沟槽之间的间隙微翅，有利于核念沸腾和强化沸腾。 研究了单一V形槽成形过程与机理、翅的形成、V形微沟槽成形过程中的相互影响，并分析了翅片间歇撕裂的原因；分析了微通孔和波浪翅成形机理，并研究了各种加工参数对交错互通翅化微沟强化沸腾结构成形的影响。在刀具刃倾角(X<,y>)为45°、主、副挤压角(γo/γo)均为30°、主、副成形角(β/β)均为10°，双面犁切-挤压深度(f<,p-dA>/f<,p-dB>)均为0.32mm,槽距0.48mm时，A槽夹角为70。、槽深0.3mm，B槽夹角为20°，槽深0.35mm,翅高0.15mm，孔长0.2ram、宽约0.05mm。 3、强化冷凝微沟槽翅结构及整体式翅片散热片成形研究了风冷式和水冷式两种强化冷凝器。风冷强化冷凝器冷凝侧采用犁切-挤压成彤V形微沟槽强化冷凝结构，散热侧采用刨削成形整体式翅片散热片；水冷强化冷凝器采刚旋压成形内翅片强化冷凝管。 针对旋压成形研究了各种加工参数对槽深、表面粗糙度、拉拔力以及表面质量的影响。结果表明槽深主要受壁厚比和材料延伸率影响；影响翅片管表面粗糙度的因素主要有壁厚比、材料塑性、旋速、拉旋比和润滑条件；影响拉拔力和断管的原因有很多，主要取决于润滑状态、旋压量、入口模锥角、挡头结构及润滑条件等。在壁厚比1.16、旋速300r/s、拉拔速度240mm/s、材料延伸率50％、旋压量0.20mm、减径模入模角13°时，旋压成形得到的微沟槽深220pm，宽180pm，内外表面光洁无裂痕。 在形成连续带状切屑基础上，通过控制切屑卷曲程度，采用刨削成形获得了整体式翅片散热片。研究了刃倾角、前角、刨削深度、刨削速度对翅片卷曲的影响规律。在刃倾角0°，前角55°，后角3°，切削速度48mm/s，切削厚度0.3mm条件下，得到了理想的翅片。考虑到刀具强度，其刀具前角最佳范围在50°～55°。切削厚度在0.2mm～0.3mm之间。 4、小型毛细泵环性能测试与分析大量试验表明，将上述方法获得的强化沸腾结构和强化冷凝结构应用于蒸发器和冷凝器，对提升CPL性能效果显著。与目前台湾清华大学最新研究成果对比：其CPL传热能力达90W，温度可恒定在70℃左右；本CPL系统最大传热能力超过120w，米用水冷方式时，蒸发器表面温度可控制在80℃左右。在传热量为120W时，CPL最小热阻达0.041℃/W。 主要研究了不同工质、充灌量、不同热载荷以及蒸发器与冷凝器相位置对CPL性能的影响，分析了系统启动过程、失效原因，并通过可视化试验研究了蒸汽管和液流管流念对系统性能的影响。结果表明：不同工质在变热载荷工况下都能稳定运行，热载荷越大，蒸发器最高温度越高，系统热阻越小。充灌量对蒸发器最高温度和系统热阻影响不大，但对系统启动及最大传热能力有明显影响。本CPL最佳充灌量为12ml，工质量偏少或偏多都会造成系统启动时波动。以水为工质比以甲醇和乙醇为工质时系统的启动性能更稳定。以乙醇为工质时热载荷的变化对蒸发器表面最高温度影响较以水为工质时影响更大。在高热流密度状态下，以水为工质比以乙醇为工质是可得到更低的蒸发器表面温度；而热流密度较低时，以乙醇为工质时蒸发器表面温度较低。对于滴状冷凝，提高冷凝效率对降低蒸发器表面最高温度效果显著，但对于膜状冷凝，冷凝器外部温度的升降对冷凝内部的汽相影响不明显，过大的冷凝效率甚至会造成汽液界面流动阻力增大，循环受阻甚至中断。重力辅助作用下，有利于系统顺利启动。采用水冷的CPL可使汽相工质得到更充分的冷凝，冷凝液体也可得到更高的过冷度。提高CPL的冷凝效果对降低蒸发器表面温度效果显著。