吹胀式轴向平板热管的试验研究

陆风磊，许辉，张红

(1. 南京工业大学能源科学与工程学院，江苏 南京211816）

(2. 南京林业大学校长办公室，江苏 南京210037)

作者简介：陆风磊（1991—），男，硕士研究生，主要研究方向为高效传热传质设备，18752095918@163.com.

通讯作者：许辉，xuhui@njtech.edu.cn.

摘要：电子元器件的高度集成化对用于散热的热管提出了越来越苛刻的要求。设计了一种新型吹胀式轴向平板热管，在不同充液率、倾角、外部对流等条件下对其进行试验研究。结果表明：吹胀式轴向平板热管存在最佳充液率，为35%；热管倾角对其传热性能具有重要影响，随着倾角的增大，热管传热性能逐渐提高，竖直放置时传热性能最好，水平放置时轴向温差最大；适当增大热管表面风速有助于提高热管的工作效率，对散热器整体性能的提升也有显著效果。

关键词：吹胀式平板热管；传热性能；充液率；倾角

中图分类号：TK172.4文献标识码：A文章编号：2095-509X(2019)09-0099-05

从20世纪50年代末至今，电子元器件的模块集成度几乎以每年40%~50%［1］的速率在增长，使一些大功率元件的热流密度达到了2×106 W/m2［2］。系统热量的快速堆积对电子芯片系统的研发与应用产生了巨大影响，当不断累积的热量使电子元器件温度超过其额定工作温度时，电子元器件的可靠性将会显著下降［3-4］。热管以其极高的导热率、良好的均温性能等，成为高热流密度元件有效的传热元件，通过热管散热是电子元器件在小空间、高功率情况下快速散热的有效方案［5-6］。

1平板热管的研究概况

平板热管的结构并不复杂，但影响其传热性能的因素有不少。国内外的科研人员主要从理论、试验以及数值模拟3个方面进行了研究。刘一兵［7］建立了矩形截面微槽道平板热管模型，经迭代计算，得到了工质的质量流量、蒸气、液体压力等在槽道方向上的分布规律。Suh等［8-9］在工况下通过对毛细、沸腾这两个极限的分析对比，得出热管在高温下工作时主要受毛细极限作用的结论。林振玄等［10］利用铜丝作为平板热管的槽道，以不同充液率的乙醇-去离子水混合工质为研究对象，研究不同温度下丝径、丝间距、工质配比对传热性能的影响。Kang等［11］在一个由3块铜片构成的平板热管内加入毛细芯片，发现充液率为82%时平板热管具有最优的传热性能。熊建国等［12］将H2O—CuO纳米颗粒组成的混合工质加入重力平板热管，通过改变CuO的浓度和运行压力来观察沸腾换热特性以及临界热通量的变化情况。陈慧雁［13］通过Fluent软件模拟得出热源的分布位置对热管的均温性能影响较大，将热源错开有利于热管拥有更好的均温性能。

目前，吹胀式结构主要应用于冰箱的蒸发器中，在平板热管上的运用还比较少。本文设计了一种吹胀式结构的轴向平板热管，并对其进行试验，这不仅是对热管技术应用研究的拓展，更是对提高电子器件散热技术的有益探索，相关成果也为平板热管的进一步发展及工程应用提供参考依据。