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环路热管(LHP:Loop Heat Pipe)是一种利用工质相变传递热量的装置,现已广泛应用于航天热控领域,在解决电子装置等高热流密度散热问题上也具有广阔前景。国内外对LHP系统的研究主要是基于其在航天领域的应用,一般都不考虑重力对系统的影响,而LHP系统应用于普通地面电子装置时都是受到重力影响的。本文拟解决台式电脑CPU的散热问题设计一款重力式LHP系统,并对其设计、制造及测试进行详细讨论。
本文首先对国内外学者设计的主要几种LHP系统进行简单介绍,并总结了系统的压力、热阻及热能流动等规律,以此指导系统的设计及制造。为减小蒸发器外壁面接触热阻,本文设计出平板式蒸发器结构以更紧密地贴合CPU;为提高蒸发器将液态工质气化的效率,本文将强化沸腾结构应用于蒸发器内部,并对犁削挤压方法制造强化沸腾结构做了详细讨论;为提高LHP系统运行的稳定性,本文采用金属纤维烧结毡作为毛细芯,并对纤维烧结毡的制作方法做了简要介绍;为提高冷凝器效率,本文在冷凝器设计时利用Icepak软件对其结构进行模拟优化。
文章最后对制造出来的LHP系统进行了实验研究,通过改变功率、工质、灌注量以及多孔吸液芯来综合考察LHP系统的性能。对比总结实验数据发现:本文的LHP系统最佳灌注量为20ml;功率越大,系统热阻越小。大功率下工质宜采用水,金属纤维烧结毡孔隙率宜采用90%,小功率下工质宜采用酒精,金属纤维烧结毡孔隙率宜采用70%。