【摘 要】
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均热板散热器作为最有效的被动传热装置,被广泛地应用在LED、航空航天等领域电子设备部件的散热。本文首先开展了铝制均热板的结构和制造工艺研究,之后改变外部热源环境(热源面积、位置与分布和数量),对不同充液率均热板的传热性能进行实验和数值模拟研究,旨在归纳总结得出热源环境影响的系统性规律,为工程上根据实际工况条件应用均热板提供参考。结构和工艺研究方面:本研究设计了尺寸为120×100×2 mm3的铝制
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均热板散热器作为最有效的被动传热装置,被广泛地应用在LED、航空航天等领域电子设备部件的散热。本文首先开展了铝制均热板的结构和制造工艺研究,之后改变外部热源环境(热源面积、位置与分布和数量),对不同充液率均热板的传热性能进行实验和数值模拟研究,旨在归纳总结得出热源环境影响的系统性规律,为工程上根据实际工况条件应用均热板提供参考。结构和工艺研究方面:本研究设计了尺寸为120×100×2 mm3的铝制均热板,材料选用具有高导热系数的铝合金,吸液芯采用铝粉烧结,工质为丙酮。制定了铝制均热板的加工工艺路线。实验研究方面:设计均热板风冷测试装置,通过改变热源面积、热源位置和热源数量,获得不同充液率均热板的启动时间和不同加热功率时的热阻变化情况,对铝制均热板启动特性和传热特性进行分析。针对热源面积和热源位置,分别分析了均热板在三种和两种热源数量作用下传热性能参数的变化;针对热源数量,则分析了均热板在两种热源面积下传热性能参数的变化。研究发现,热源面积和数量的增加会有效降低均热板的热阻,从而提高其传热性能,但会延长启动时间,降低启动性能;不同热源位置下,均热板的传热性能存在一定差异,小热源面积时,改变热源位置对均热板的性能的影响与改变热源面积和数量时相同,而在大热源面积作用下,均热板的启动性能和传热性能受热源位置影响较小。数值模拟方面:将均热板内部工质的换热过程等效为固体导热,通过对均热板不同部分分别施加各向同性或异性的当量导热系数,建立六种均热板简化模型。对选定的工况条件进行数值模拟分析,通过对比分析后发现均热板壳板当量导热系数+吸液芯蒸汽腔各向异性当量导热系数数学模型的仿真结果与实验值吻合度最高。对40%充液率均热板在不同热源环境下进行数值模拟,研究发现,热源面积增加,简化模型蒸发端的表面平均温度和热阻随之降低,均热板的整体传热性能增强。随着加热功率的增加,蒸发端的表面平均温度曲线斜率逐渐降低,平均温差减小并趋于冷凝端的表面平均温度。单热源位于左侧和三热源呈线形分布时,蒸发端的表面均温较低,热阻较小。随着加热功率的增加,蒸发端表面温升较为平缓,均热板的均温性良好。随着热源数量的增加,均热板整体表面的温差减小,蒸发端的表面均温降低,温度分布更加均匀。随着加热功率的增加,热源数量越多,蒸发端表面的均温越低,模型的导热性能越好。
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