小型重力型微槽道平板熱管蒸發(fā)器內(nèi)納米流體沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，散熱問題己成為制約電子技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。由于電子器件散熱技術(shù)研究的日益重要，本文首先回顧了目前微槽道平板熱管以及納米流體熱管國內(nèi)外的研究情況,同時(shí)介紹了熱管散熱器的研究與進(jìn)展；另一方面, 由于納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使納米粒子在結(jié)構(gòu)、光電、磁學(xué)和化學(xué)性質(zhì)等方面表現(xiàn)出特異性。在熱管循環(huán)工質(zhì)中加入納米顆粒，改變了循環(huán)工質(zhì)的結(jié)

2、構(gòu)，增強(qiáng)了內(nèi)部能量的傳遞過程、增大了納米流體的換熱系數(shù)，降低了納米流體的熱惰性，使加熱器溫度場達(dá)到均勻的時(shí)間縮短，節(jié)約能源、降低能耗。因此,納米流體作為一種新型的強(qiáng)化傳熱工質(zhì)，在傳熱學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是將納米流體應(yīng)用于兩相流流動(dòng)與沸騰傳熱方面，例如作為換熱工質(zhì)在熱管中的相變沸騰換熱，正在成為換熱研究的一個(gè)新的熱點(diǎn)。 本文通過設(shè)計(jì)合理的模擬電子器件發(fā)熱元件及工況條件，建立了一個(gè)重力型微槽道平板熱管散熱器傳熱特性的實(shí)驗(yàn)裝

3、置，按功能可分為加熱系統(tǒng)、微槽道平板熱管蒸發(fā)器系統(tǒng)、充液抽氣系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。并在此基礎(chǔ)上以氧化銅納米顆粒懸浮液和單壁碳納米管懸浮液為工質(zhì),充液率為蒸發(fā)器的40％,然后在不同納米流體濃度ω:0％～3％,不同運(yùn)行壓力工況Psat:100kpa、30.58kpa、20.4kpa、7.2kpa下,對重力型微槽道平板熱管蒸發(fā)器內(nèi)的沸騰換熱特性和臨界熱流密度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)研究得出以下結(jié)論： （1）與光滑傳熱面相比，

4、在大氣壓下，微槽道傳熱表面能夠強(qiáng)化沸騰換熱性能。但是，在低壓下，微槽道傳熱表面的強(qiáng)化作用基本消失。 （2）氧化銅納米流體濃度對重力型平板熱管蒸發(fā)器的沸騰換熱系數(shù)和CHF都有明顯的影響，在低壓條件下，納米流體能夠顯著強(qiáng)化沸騰換熱系數(shù)和CHF。存在一個(gè)最佳濃度。當(dāng)濃度較低時(shí)，隨著納米流體濃度的增加，沸騰換熱系數(shù)和CHF都逐漸增大。而在濃度超過最佳濃度后，沸騰換熱系數(shù)逐漸減小，而CHF不再變化。在所有的實(shí)驗(yàn)壓力條件下，最佳濃度都是1.

5、0wt％。在7.2kPa時(shí)，換熱系數(shù)最大增加150％左右，CHF增加200％左右。而在大氣壓下，濃度低于1.0wt％時(shí)換熱系數(shù)比水的略有增加，濃度高于1.0wt％時(shí)換熱系數(shù)比水的反而略有降低，CHF最大增加50％。 （3）壓力對納米流體的沸騰換熱系數(shù)和CHF都有明顯的影響。壓力越小，與水相比，納米流體對沸騰換熱系數(shù)和CHF的強(qiáng)化效果越好。在大氣壓下，換熱系數(shù)最大提高20％左右，CHF提高50％左右。在壓力為7.2kpa的時(shí)候，換

6、熱系數(shù)最大提高150％，CHF提高了200％左右。如果換算成平板熱管的功率，其最大散熱功耗可達(dá)到112 W/cm2。 （4）單壁碳納米管懸浮液濃度對重力型平板熱管蒸發(fā)器的沸騰換熱系數(shù)和CHF都有明顯的影響，在低壓條件下，單壁碳納米管懸浮液能夠顯著強(qiáng)化沸騰換熱系數(shù)和CHF。存在一個(gè)最佳濃度。當(dāng)濃度較低時(shí)，隨著懸浮液濃度的增加，沸騰換熱系數(shù)和CHF都逐漸增大。而在濃度超過最佳濃度后，沸騰換熱系數(shù)逐漸減小，而CHF不再變化。在所有的實(shí)

7、驗(yàn)壓力條件下，最佳濃度都是2.0wt％。在7.2kPa時(shí)，換熱系數(shù)最大增加120％左右，CHF最大增加270％左右。而在大氣壓下，換熱系數(shù)最大增加40％左右，且所有懸浮液濃度都是強(qiáng)化了換熱系數(shù)，CHF最大增加80％左右。 （5）壓力對單壁碳納米管懸浮液的沸騰換熱系數(shù)和CHF都有明顯的影響。壓力越小，與水相比，懸浮液對沸騰換熱系數(shù)和CHF的強(qiáng)化效果越好。在大氣壓下，換熱系數(shù)最大提高40％左右，CHF提高80％左右。在壓力為7.2k