基於複合毛細芯的環路熱管關鍵問題研究

《基於複合毛細芯的環路熱管關鍵問題研究》是依託山東大學，由辛公明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於複合毛細芯的環路熱管關鍵問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：辛公明
• 依託單位：山東大學

中文摘要

本項目將以大功率電子設備的冷卻系統為研究背景，以環路熱管關鍵問題為重點研究對象，通過理論分析、實驗研究、數值模擬和樣型試製等多種手段，以期探究環路熱管的關鍵問題，針對環路熱管的關鍵部件-毛細芯，燒制基於鎳銅基的複合毛細芯和具有差異導熱係數的高性能複合毛細芯；研究基於複合毛細芯的高性能環路熱管，通過大量實驗研究認識和掌握環路熱管多種條件下的啟動運行特性及溫控特徵，探尋環路熱管啟動運行的不穩定機理及相應解決方法；針對環路熱管的套用，開發可普遍適用於環路熱管及冷卻系統的模擬與性能評估的系統分析平台，以促進基於複合毛細芯的高性能環路熱管及其冷卻系統在更多領域的大面積推廣與套用。主要創新點是鎳銅基複合毛細芯、差異導熱係數複合毛細芯及相應高性能環路熱管研製以及為促進環路熱管套用的具有普適性系統分析平台的開發。

結題摘要

本項目以電子設備冷卻系統為研究背景，以環路熱管為研究對象，通過理論分析、實驗研究和數值模擬等相結合，主要從關鍵部件、傳熱性能和系統分析三個方面著手研究和分析環路熱管關鍵問題。主要研究內容包括：（1）複合毛細芯的自主研製。燒制鎳基和鎳銅基複合毛細芯獲得了微納米級孔徑（＜1微米）、高孔隙率（50%-70%）和低導熱係數（＜2W/(m.K)）的毛細芯，提出了具有差異導熱係數的新型複合毛細芯獲得國家發明專利授權，搭建了毛細芯參數測試系統用於表征毛細芯的孔隙率、滲透率、孔徑和有效導熱係數等基本參數。（2）環路熱管研製及其實驗研究。設計製造了基於鎳基毛細芯和鎳銅基複合毛細芯的環路熱管，搭建了環路熱管綜合測試平台，實驗研究了環路熱管的啟動及運行特性，分析獲得了差異導熱係數毛細芯環路熱管的運行基本特性；完成了對環路熱管溫度波動現象的觀察。同時，課題組實驗研究獲得了自濕潤混合工質和結構改性對熱管傳熱性能的強化特性，對自濕潤工質和局部結構改性套用於環路熱管和促進其傳熱強化提供了原始實驗數據和基本依據。（3）環路熱管系統模擬分析。構建完善了環路熱管兩相瞬態分析模型，最佳化開發了基於Excel環境的環路熱管的性能預測和運行模擬的簡易分析工具。 項目的研究特色與創新之處主要體現在對鎳銅基複合毛細芯的研製，特別是具有差異導熱係數複合毛細芯的研製以及對基於差異導熱係數毛細芯環路熱管的實驗研究。該複合毛細芯的主要特點是在其外側具有較高導熱係數以提高環路熱管在毛細芯外側從熱源到蒸發液體的傳熱係數，在其內側具有較低導熱係數以降低從毛細芯外側經由毛細芯本體傳向補償器液體側的漏熱量，從而可提升環路熱管的整體傳熱性能。本項目提出的具有差異導熱係數複合毛細芯，對拓展環路熱管研究思路具有較好的借鑑意義；項目所開展對自濕潤混合工質在熱管中的強化傳熱特性，對其在環路熱管傳熱強化和套用研究提供了基本支撐。本項目研究內容和成果體現了較好的研究價值和科學意義。本項目課題研究完成了項目計畫書設定的預期目標。可量化的指標超額完成了預定目標，主要包括：發表論文18篇，其中EI收錄論文10篇，高水平國際會議論文2篇，獲授權發明專利1項，實用新型專利1項。