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微电子封装中的热管理技术研究随着微电子技术的不断发展，封装技术在电子产品的设计和制造中扮演着重要的角色。
而在微电子封装过程中，热管理技术的研究和应用也越来越受到关注。
本文将探讨微电子封装中的热管理技术的研究进展和应用前景。
一、热管理技术的重要性热管理技术在微电子封装中的重要性不言而喻。
随着微电子器件的尺寸不断缩小，集成度不断提高，器件功耗也呈现出快速增长的趋势。
这就导致了微电子器件在工作过程中产生大量的热量。
如果不能有效地处理和管理这些热量，将会导致器件的性能下降、寿命缩短，甚至发生故障。
因此，热管理技术的研究和应用对于确保微电子器件的可靠性和稳定性至关重要。
二、热管理技术的研究进展1. 热传导材料的研究热传导材料是热管理技术中的重要组成部分。
它们能够提高热量的传导效率，有效地将热量从器件中传递出去。
目前，研究人员正在不断探索新型的热传导材料，如石墨烯、碳纳米管等，以提高热量的传导性能。
2. 热散热器的设计与制造热散热器是微电子封装中常用的热管理装置。
它们能够通过增大表面积和提高散热效率来有效地降低器件的温度。
目前，研究人员正在致力于热散热器的设计与制造，以提高其散热效果。
例如，采用微细加工技术制造具有大表面积的散热片，或者利用流体冷却技术来提高散热效率。
3. 热管理系统的优化除了热传导材料和热散热器的研究外，热管理系统的优化也是研究的重点。
研究人员通过优化热管理系统的结构和工作原理，以提高系统的热管理效果。
例如，采用智能控制技术来实现对热管理系统的自动调节，根据器件的工作状态和温度变化来调整散热风扇的转速和散热片的工作状态，以达到最佳的热管理效果。
三、热管理技术的应用前景热管理技术的研究和应用将在微电子封装领域发挥重要作用。
首先，它能够提高微电子器件的可靠性和稳定性，延长其使用寿命。
其次，热管理技术的应用还可以提高微电子器件的性能。
通过有效地处理和管理热量，可以降低器件的工作温度，减少热量对器件性能的影响，从而提高器件的工作速度和功耗性能。
热管技术国内外研究现状热管原理最早是由于1944年在美国俄亥俄州的通用发动机公司提出并一次取得专利[4]。
该公司最初提出一种设想也即最早期的热管装置，这种装置只是由封闭的管子组成，当管内充装某种液体时，管子的一侧吸热蒸发后，另一侧的某一装置可以达到冷凝放热的效果，不附加任何外加动力的基础上，仅依靠管子内部的吸液芯所产生的毛细吸力，使得冷凝后的液体可以流回至原来那侧，从而继续蒸发吸热，像这样循环往复，就可以实现使热量从端传动到另一端的目的。
但的很可惜的是，他的想法在当时并未得到广泛的认同。
306041963年，美国新墨西哥州的科学家在国家实验室再次研制出了类似于最初设想的传热装置，并赋予这种传热装置一个学术的内涵，正式将这一传热元件命名为热管一一，当时实验中采用钠作为工质，壳体采用不锈钢材料，内部装有丝网吸液芯[5]。
论文网随着时间不断推移，关于热管的研究并没有停下脚步。
1965年，首次给出了较为完整的热管理论，也正是他建立了热管中各个过程的基本方程，并建立了如何计算热管毛细极限的较为标准规范的数学模型，由此，为以后的热管理论研究工作奠定了基础[6]。
1966年，发明了一种拥有独特通道设计的热管[7]。
他所完成的设计是为工作液体从放热段回流至吸热段过程中，提供了一个压力降比较小的通道，这样就可以较大幅度的提高热管的传热能力。
1967年，美国宇航局将一根不锈钢一水热管送入地球卫星轨道并且运行成功[8]。
这一壮举之后，更是几近引发了科学界的沸腾，吸引了更多的科学家和科研人员投身于热管的研究中来，不论是荷兰、日本、英国、法国、意大利、前西德、前苏联等国家和地区均展开了相关的大量研究工作，至此热管技术以空前的速度得到发展。
源自1969年，前苏联和日本的有关书籍和杂志几乎同时发表了有关热管研究方面的文章。
这篇文章中对于带有翅片的热管式空气加热器加以详细的描述。
在全球能源日趋紧张的现况中，这种空气加热器可以应用于回收工业废气中潜热；同时，和提出了利用可变导热热管来实现恒温控制[9]；另外，科学家也发明出了一种新的旋转式热管，它是依靠转动从而产生离心力，使得工作液体能够从冷凝段流回蒸发段。
微小型热管的研究现状与进展范春利1 ，曲伟2，孙丰瑞1，杨立1，马同泽2（1．海军工程大学船舶与动力学院307教研室，湖北武汉 430033； 2．中国科学院工程热物理研究所超常传热传质研究部，北京 100080）Status Quo and Recent Progress of Research on Micro/Miniature Heat Pipes FAN Chunli1, QU Wei2, SUN Fengri1, YANG Li1, MA Tongze2（1. Shipping and Power College, Naval University of Engineering,Wuhan, Hubei, 430033, P. R. China；2.Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences,Beijing, 100080, P. R. China）Abstract: A literary review related to micro/miniature heat pipes is presented ever since the introduction of the concept of micro heat pipe. Both the theoretical and experimental research of micro/miniature heat pipes, including single micro heat pipe, heat pipe array and flat miniature heat pipes, are reviewed respectively. The heat transfer limitations of micro/miniature heat pipes are also surveyed at the same time. In the end, the consistently recognized research conclusions and the difficulties and challenges in the micro/miniature heat pipes research are summarized. It is proved that the micro/miniature heat pipes are promising for the use of small-room heat dissipation such as the cooling of micro electronic apparatus.Key Words: micro heat pipe; flat miniature heat pipes; electronic apparatus; thin liquid film摘要：本文就微小型热管的研究现状以及最新进展从单根微型热管、微型热管阵列以及微槽平板热管三个方面进行了系统地回顾。
电子电器设备中高效热管散热技术的研究现状及发展前言随着电子电器设备的不断发展和性能提升，其功耗也在逐年增加。
高效热管散热技术成为了保障设备稳定运行和延长寿命的关键因素之一。
本文将深入探讨电子电器设备中高效热管散热技术的研究现状及未来发展方向。
1. 热管基础原理热管是一种利用液体循环传递热量的热传导装置。
其基本原理是利用液体在高温端蒸发、在低温端凝结的特性，通过液体的循环传递热量。
这种原理使得热管能够高效地将热量从热源传递到散热器，实现快速而高效的散热。
2. 研究现状2.1 微型热管技术微型热管是近年来研究的热点之一。
其小巧的尺寸和高效的散热性能使其成为电子电器设备中的理想选择。
研究者通过优化微型热管的结构和材料，提高其热传导效率，适应更加复杂和紧凑的电子设备内部结构。
2.2 多相热管技术多相热管采用多种工质，如液体和气体的组合，在不同工况下具有更灵活的散热性能。
研究者通过对多相热管的工作原理和性能进行深入研究，不断提高其适用范围和稳定性，为电子设备提供更可靠的散热解决方案。
2.3 先进材料的应用新型材料的引入为热管技术的发展带来了新的可能性。
导热性能更好的材料、耐高温材料的运用，使得热管在极端工作环境下能够更加稳定可靠地工作。
2.4 智能化散热系统随着人工智能和物联网技术的发展，智能化散热系统逐渐成为研究的热点。
通过传感器实时监测设备工作状态，调整热管的工作参数，使得散热系统能够更加智能地适应不同的工作负荷，提高能效和寿命。
3. 发展趋势3.1 高集成度与小型化未来电子设备对散热解决方案的要求将更加严苛，需要更高集成度和小型化的热管技术，以适应电子元器件不断减小的趋势。
3.2 高效能耗比随着能源问题的日益凸显，高效能耗比将成为研究的重点。
未来的热管技术需要在提高散热性能的减少能源消耗，实现更加环保和可持续的发展。
3.3 跨学科研究热管技术的发展需要跨学科的研究合作，涉及材料科学、流体力学、热传导理论等多个领域。
微型沟槽型热管加工技术现状和展望摘要：科技的发展，我国的机械加工行业有了很大进展，对热管的应用也越来越广泛。
本文简要介绍微沟槽加工技术的研究现状，同时对各种加工方法的优势和劣势进行分析，并对未来微型沟槽型热管沟槽加工技术的发展趋势进行了展望。
关键词：微型热管；微沟槽；加工引言微型热管具有结构紧凑、热导率高和均温性好的优势,在高功率电子设备散热领域备受关注。
微型热管主要包括脉动热管(振荡热管)、微槽平板热管、微型环路热管和微型毛细泵回路等类型。
相对于其他热管,脉动热管具有散热性能好、毛细管通道便于实现小型化的优点;微槽平板热管具有接触热阻小、单处工质泄露影响小、抗压强度高的优点。
因此,脉动热管和微槽平板热管更加贴近微小型电子系统冷却的需求,其传热性能研究一直是学者们追踪的热点问题,也是本文拟比较的两种微型热管类型。
1机械加工技术1.1热管防止机床主轴受热变形热变形就是机械加工时机床受到摩擦、内应力等作用的影响容易发热，发热导致机床几何结构变形，造成工件生产误差降低精度。
而随着机械加工高速发展，对机床要求也越来越高，机床进入高速化、高精度化与柔性自动化时代，工件受热变形的影响越来越大，比重逐年增加，所以这方面必须引起重视，不断的寻求方法给机床散热。
机床散热的重要手段就是给机床加上冷却系统。
传统的冷却系统主要是水冷、风冷、油冷等方便原理简单，可是存在很多缺点，有些部件无法用此方法来散热特别是主轴，而且结构复杂附带系统多，为保证冷却介质快速散热必须加添一个动力系统，铺设个多的管道以便冷却介质最大限度的传导热量，设备的增加给机床带来负担还容易造成介质泄漏与噪音污染的问题的出现，况且效率不是很高。
采用热管散热很大程度解决以上问题，热管散热器由很多种，如单支热管、分离型热管、环形热管等，其中对机床主轴散热最有效的就是环形热管散热器，它被称为“环形蒸发器”。
1.2高速充液旋压法高速充液旋压法的加工原理是通过拉拔力的作用使铜管与游动芯头做相对运动，同时旋压珠在充液油腔内高速旋转并挤压铜管，在二者的共同作用下铜管内壁发生塑性变形，形成与刀齿相对应的微沟槽。
热管技术的应用研究与发展热管技术是一种热传导技术，它利用物质的蒸发和冷凝原理，将热量从一个位置传输到另一个位置，被广泛应用于电子设备、军事、航空航天等领域。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，热管技术的应用和研究得到了持续的推进和发展。
热管技术最早出现在1960年代后期，主要应用于太空技术中，用于控制卫星上电子设备的温度。
随着该技术的不断成熟和发展，其应用领域不断拓宽。
目前，热管技术已经应用于各种电子设备，例如笔记本电脑、手机、平板电脑等，通过热管技术的热导性能实现散热降温，提高设备稳定性和寿命。
同时，在军事、航空航天领域，热管技术也被广泛用于控制和维持各种设备的温度，提高设备性能和稳定性。
热管技术的基本原理是利用工作流体的液态和气态相变过程来传导热量。
工作流体的蒸发和冷凝是热传导的基本形式，热量从热源端向工作流体传递，利用蒸汽的扩散浸渍到蒸汽空腔壁面上，再通过冷凝放出潜热释放给冷源。
通过工作流体的流动达到传递热量的效果。
与其他传热技术相相比，热管技术具有以下优点：1.高热传导能力。
热管技术可以跨越较长距离传输热量，具有很强的热传导能力。
2.自控制效应。
热管在工作过程中，由于相变过程的自发控制，具有自控制效应，可以有效地控制热源温度。
3.可靠性高。
由于热管内无运动部件和润滑剂等机械结构，所以热管寿命长，可靠性高。
热管技术的应用越来越广泛，其优越的热传导性能和可靠性也引起了越来越多的研究和发展。
其中一个关键的发展方向是优化热管结构和材料，以达到更高的热传导性能和工作温度范围。
现代材料科学的发展为热管技术的进一步发展提供了重要的支撑。
例如，高温热管技术能够解决高温条件下热量传递的问题，提高了热管的工作温度范围。
有学者提出了高温热管技术的基础元件，包括压缩机、蒸发器、冷凝器和热管本体等。
在热管本体方面，研发团队采用了碳化硅纳米材料作为热管主体，大大提高了热传导速度和传导能力，极大地拓展了高温热管技术的应用领域。
空间热管技术发展现状及未来趋势【实用版】目录1.空间热管技术的定义与原理2.空间热管技术的发展现状3.空间热管技术的应用领域4.空间热管技术的未来发展趋势5.我国在空间热管技术方面的发展及成就正文【空间热管技术的定义与原理】空间热管技术是一种高效的热传输技术，主要通过热管在真空环境下的相变传热过程实现热量的高速传输。
热管是一种封闭的金属管，内部充满工质，当热源加热热管的一端时，工质在管内蒸发，吸收热量，然后在另一端冷凝放热，从而实现热量的传输。
空间热管技术具有传热效率高、质量轻、体积小、寿命长等优点。
【空间热管技术的发展现状】随着我国航天事业的飞速发展，空间热管技术在卫星、飞船、空间站等航天器热控制领域得到了广泛应用。
目前，我国已经成功研发出多种类型的空间热管，包括金属热管、复合热管、毛细热管等，性能指标达到国际先进水平。
此外，空间热管技术还在太阳能发电、深空探测、军用航天等领域取得了重要突破。
【空间热管技术的应用领域】空间热管技术在航天领域的应用主要包括以下几个方面：1.卫星热控：用于卫星平台的热控系统，保证卫星在空间环境中的稳定运行。
2.航天器热控：用于飞船、空间站等航天器的热控系统，确保航天员在空间环境中的舒适生活和工作。
3.太阳能发电：空间热管技术可用于空间太阳能发电系统的热传输，提高发电效率。
4.深空探测：空间热管技术在深空探测器上得到了广泛应用，为探测器提供可靠的热控制手段。
5.军用航天：空间热管技术在军用航天领域也发挥着重要作用，为各类军用航天器提供高效的热控制方案。
【空间热管技术的未来发展趋势】1.高效化：未来空间热管技术将朝着更高效的方向发展，提高传热效率，降低传热阻力，以满足航天器不断升级的热控需求。
2.轻量化：航天器轻量化是未来发展的趋势，空间热管技术将向更轻、更薄的方向发展，以适应航天器轻量化的要求。
3.复合化：空间热管技术将向复合化发展，结合各种热管的优点，研发出具有更广泛应用前景的新型热管。
电热管行业国内外研究现状电热管是一种广泛应用于工业和家电领域的加热元件，其独特的加热性能和可靠性使其在各种应用中具有重要地位。
本文将重点介绍电热管行业的国内外研究现状，包括该行业的技术发展、应用领域以及未来的发展趋势。
一、技术发展电热管作为加热元件，其技术发展一直处于不断创新的状态。
国内外的研究机构和企业在电热管的材料、结构和加工工艺等方面进行了大量的研究。
一些新型材料的应用，如碳纳米管、金属纳米颗粒等，使电热管的加热效果更加高效和稳定。
同时，通过改变电热管的结构，如增加散热片的数量和改进电热丝的形状等，也提高了电热管的加热性能和耐用性。
二、应用领域电热管在各个领域都有广泛的应用。
在工业领域，电热管常被用于加热设备、加热器、烘干机等。
在家电领域，电热管则广泛应用于空调、洗衣机、电热水器等家用电器。
此外，电热管还被应用于医疗器械、汽车行业以及航空航天领域等。
随着科技的不断进步，电热管在新能源领域的应用也逐渐增多，如太阳能发电中的加热元件等。
三、国内研究现状在国内，电热管技术的研究与应用也取得了显著的进展。
一些高校和科研机构在电热管的结构优化、材料研究、加工工艺等方面进行了深入研究，并取得了一些重要的突破。
例如，通过采用新型材料和改进的加工工艺，一些国内企业已经生产出效率更高、寿命更长的电热管产品。
此外，一些电热管制造企业也加大了研发投入，积极推动电热管技术的创新和应用。
四、国外研究现状在国外，电热管的研究和应用也十分活跃。
一些发达国家，如美国、德国、日本等，拥有先进的电热管技术和生产能力。
这些国家的研究机构和企业在电热管的结构设计、材料研发等方面具有较强的实力。
同时，一些国际上知名的电热管制造企业也推出了一系列的新产品，提高了电热管的加热效果和使用寿命。
五、未来发展趋势随着工业和家电领域的不断发展，对电热管的需求也在不断增加。
因此，未来电热管行业的发展趋势将集中在提高产品的加热效率和节能性能。
新材料的应用和结构的优化将是发展的重点方向。
空间热管技术发展现状及未来趋势【实用版】目录1.空间热管技术的定义与原理2.空间热管技术的发展现状3.空间热管技术的应用领域4.空间热管技术的未来发展趋势与挑战正文【1.空间热管技术的定义与原理】空间热管技术是一种高效热传输技术，主要通过热管内的工质相变过程实现热量的高效传输。
热管由蒸发器、绝热段和冷凝器三部分组成，当蒸发器端吸热时，工质蒸发并通过绝热段传递到冷凝器端，工质在冷凝器端释放热量并液化，随后液态工质在毛细力作用下返回蒸发器，完成一个循环。
【2.空间热管技术的发展现状】近年来，空间热管技术在我国得到了快速发展，取得了一系列重要成果。
在材料研究方面，已经研发出多种具有高导热性能、低热阻和抗微重力性能的热管材料。
在制备工艺方面，采用了多种工艺方法，如钎焊、烧结、化学气相沉积等，提高了热管的传热性能和可靠性。
在热管性能研究方面，通过实验和数值模拟相结合的方法，揭示了热管在空间环境下的传热特性和性能极限。
【3.空间热管技术的应用领域】空间热管技术在空间领域具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：（1）航天器热控：空间热管技术可为航天器提供高效的热传输手段，保证航天器在空间环境下的稳定运行。
（2）太阳能电池板热管理：空间热管技术可实现太阳能电池板的有效热管理，提高太阳能电池板的发电效率。
（3）空间辐射制冷：空间热管技术可实现空间辐射制冷，为空间站等航天器提供低温环境。
（4）深空探测：空间热管技术可为深空探测器提供可靠的热保护系统，保证探测器在极端环境下的稳定运行。
【4.空间热管技术的未来发展趋势与挑战】未来，空间热管技术将继续向高效、轻质、可靠和低成本方向发展。
同时，空间热管技术还需克服以下挑战：（1）提高热管的传热性能和可靠性：通过研究新型热管材料和优化制备工艺，提高热管的传热性能和可靠性。
（2）研究热管在空间环境下的传热特性：深入研究空间热管在不同环境下的传热特性，为热管的设计和应用提供理论依据。
微型热管的研究状况摘要：微型热管被广泛用于冷却航天、航空、军用武器、车辆、计算机等众多领域的电子设备，是有效冷却高热流密度电子器件的主要途径之一，已成为现代热管技术重要的发展方向和研究热点。
本文综述了近年来脉动热管、微型槽道热管、环路热管和微型振荡热管等不同类型微型热管的研究进展。
最后，总结了微型热管的发展趋势和实际应用所面临的挑战。
关键词：微型热管、脉动热管、微型槽道热管、环路热管、微型振荡热管引言微型热管是伴随着微电子技术的发展而发展起来的一门新兴技术。
随着计算机芯片中电路数目的增加，其产生热量的散逸变得越来越困难。
芯片上除最高温度的要求外，对温度的均匀性也有更高的要求，因而电子器件散热越来越成为电子产品开发、研制中非常重要的技术，其散热性能的好坏直接影响到最终电子产品的成本、可靠性以及工作性能。
微型热管作为一项很有前途的技术，正可用于电子器件以获得高的热量导出率以及温度的均匀化。
1、微型热管简介Cotter于1984年在日本举行的第五届国际热管会议上提出微型热管的概念，其工作原理与普通热管相似，但是内部无吸液芯，通道截面非圆形并带有尖角，冷凝液主要依靠尖角处毛细作用的驱动回流到蒸发段。
微型热管的通道截面水力半径明显小于普通热管，可与热管内工质的气液弯月面（界面）的曲率半径相当，一般为10~500μm，而热管长度则通常为几厘米。
微型热管的结构，就经历了从重力型、具有毛细芯的单根热管型到具有一束平行独立微槽道的平板热管型，再到内部槽道束通过蒸汽空间相互连通型等一系列变化，其目的就是要更好地为各种小面积、高热流密度元器件的散热提供更有效的手段。
但是随着热管结构尺寸的减小，除毛细极限、沸腾极限等常规热管均具有的传热极限限制了微型热管的传热能力之外，微型热管还遇到了常规热管所没有的传热极限，比如蒸汽连续流动极限就限制了微型热管在低温状态下的工作等。
图1 微型热管2、脉动热管脉动热管是日本的Akachi于20世纪90年代初提出的一种新型热管，由没有毛细吸液芯的金属毛细管弯曲成蛇形结构组成，可分为回路型和开路型两种，结构如图2所示。
微型热管技术的研究现状与发展朱高涛刘卫华(南京航空航天大学)摘要微型热管(micro heat pipe,MHP)被广泛用于冷却航天、航空、军用武器、车辆、计算机等众多领域的电子设备,是有效冷却高热流密度电子器件的主要途径之一,已成为现代热管技术重要的发展方向和研究热点。
目前对M HP的研究主要集中在管内流动及传热、传质的机制研究,新型高效结构形式的设计,制造工艺技术的改进等方面。
较系统地总结近来MHP在理论、设计及制造工艺等方面的技术研究进展,综述其应用现状并分析其发展趋势。
关键词微型热管传热传质电子设备冷却The current status and development of micro heat pipe techniqueZhu Gaotao Liu Weihua(Nanjing U niversity of Aeronautics and Astronautics)ABSTRACT Micro heat pipe(MHP)is w idely used to cool equipments of aerospace electron-ics,avionics,military electronics,automotive technologies,computers and so on.It is one of main approaches w hich can cool electronic components of high heat-flux es effectively.At pre-sent,it becomes one of hotspots of modern heat pipe technolog y.Most of the studies are fo-cused on the principle of heat and mass transfer and vapor-liquid flow in the MHP,novel design of high effective MHP structure,improvement of MHP m anufacture technology and so on.In this paper,recent studies on MHP are summarized as four parts:theoretical analysis and exper-im ental study of the MHP principle,design of new structure MHP,m anufacture technology, application of MHP,and the development trend.KEY WORDS micro heat pipe;heat and mass transfer;electronic equipments cooling自1984年Cotter[1]提出MHP的概念以来,人们对MHP进行了大量的理论和实验研究,并取得了一系列的研究成果和技术进步。
如MH P的结构,就经历了从重力型、具有毛细芯的单根热管型到具有一束平行独立微槽道的平板热管型,再到内部槽道束通过蒸汽空间相互连通型等一系列变化,其目的就是要更好地为各种小面积、高热流密度元器件的散热提供更有效的手段。
但是随着热管结构尺寸的减小,除毛细极限、沸腾极限等常规热管均具有的传热极限限制了MHP的传热能力之外, MH P还遇到了常规热管所没有的传热极限,比如蒸汽连续流动极限就限制了MH P在低温状态下的工作等。
正是由于MHP结构的特殊性,才使得有关MH P的理论研究、实验研究及制造工艺研究等有别于常规热管。
笔者旨在着眼于MHP的特殊性,总结近期MHP在理论和实验研究、设计及制造工艺等方面的技术进展,分析其发展趋势,以明确今后工作方向。
1MHP研究进展1.1MHP传热能力研究MHP一般没有传统热管的毛细吸液芯,管内液体回流主要依靠槽道尖角区形成弯月面的毛细压差来提供动力。
MH P尺寸的减小突出了薄液膜区的作用,轴向管壁热传导所占份额的增加使得第6卷第2期2006年4月制冷与空调REFRIG ERAT ION AN D A IR-CON DIT IO NI NG9-14X收稿日期:2005-03-01通讯作者:刘卫华,E-mail:Liuw h@MH P 传热极限的判定变得十分困难。
因此,对MH P 的理论和实验研究主要集中在其管内流动和传热机制上,目的就是精确确定其传热能力。
有关MHP 传热能力的研究,从稳态模型计算到瞬态实验测定逐步深入[2-9]。
Babin 等[3]提出第一个有关MHP 的简单数学模型,成为人们进一步研究的基础。
Wu 和Peter -son [4]建立第一个MH P 瞬态数学模型,并对其性能进行模拟,得到较为令人满意的结果。
Gerner 等[5]提出MH P 最大传热量计算的修正公式。
Cao 和Faghri [7]通过理论计算证实了MHP 的蒸汽连续流动极限,并给出蒸汽连续流动极限以及沸腾极限等极限的计算公式。
Peterson [8]和M a [9]从不同角度进行了管内工质的复杂流动的研究,引入蒸发段最小弯月面半径的概念。
近年来,人们对MHP 管内流动和传热机制的研究更加深入[10-22],其研究方法一般都是在前人的基础上通过建立更加科学的数学模型,更全面地考虑各种因素对MH P 传热能力的影响,得出其传热能力的大小。
通常考虑的影响因素主要有:工质种类及充注量、气液界面剪切应力、固液接触角、MH P 尺寸大小以及结构形状等。
1999年,Peterson 和Ma [10]研究一个长57mm,银质、梯形截面的MHP,工质为高纯度的去离子水。
他建立的数学模型中考虑了分离压力、粘性剪切应力、蒸汽温度和壁面温度分布上的热阻等因素,可用来描述MHP 轴向温度分布及其对通过薄液膜微区域传热的影响。
求解模型后得出结论:蒸发段温降比冷凝段温降要大得多,当传热量增大时,冷凝段和蒸发段的温降显著增大。
2000年,Sartre 等研究由铝板制成的、长120mm 、加工了19道平行槽道的MHP 阵列。
槽道截面形状为正三角形,边长0.7mm,各槽道间距0.2mm 。
工质为氨水。
建立的该MHP 阵列理论模型中考虑了沿MHP 长度方向的毛细流动、壁面的二维热传导和微区域的传热作用,描述了接触角、浸润面积、干涸面积、壁面温度、热流密度分布以及MHP 的最大传热量。
得出结论:¹在微区域内,接触角随壁面过热而增大;º当忽略分离压力作用时,接触角为一常量;»浸润长度在蒸发段首末位置分别为5L m 和105L m ;¼微区域内有很高的传热率、最小的过热度;½壁面温度沿MHP 轴向下降时,壁面过热度和接触角相应降低;¾局部热流密度和局部传热系数沿MH P 轴下降等[11]。
2003年,Kim 等[12]研究外径分别为3mm 和4mm 的管状MH P,建立MHP 的传热传质数学模型,模型考虑了气液界面的剪切应力、接触角以及充液量的影响。
该模型采用一种创新的方法(改进的Shah 法[12])求解气液界面的剪切应力对MHP 性能的影响,并从数学模型的分析解中得到MHP 的最大传热率和稳态下MHP 的全部热阻、毛细半径的分布、稳态运行时液态和气态工质的压力分布等。
为了验证模型的精确性,他们进行了实验验证。
同时他们还通过对模型的数值优化指导MHP 的优化设计,提高了MH P 的传热性能。
2003年,范春利等[16]通过对薄液膜蒸发传热以及热管壁面轴向导热的分析,也对三角形截面MHP 建立蒸发传热模型。
模型考虑了气液界面的摩擦、薄液膜传热和接触角变化的影响,克服文献[11]模型中的某些缺点。
利用模型分析热管蒸发段的温度分布、蒸发热流密度、弯月面半径和接触角的轴向分布,得出:薄液膜对MHP 蒸发传热的作用远大于厚液膜,接触角在蒸发段沿轴向逐渐变小;对存在加工圆角的MHP 进行传热计算时,最小弯月面半径和加工圆角存在制约关系等结论。
张丽春等[2]则理论分析了等热流分布下的异性截面微型热管,建立了管内的热质传递过程的数学模型。
通过数值模拟求解气液交界面的毛细半径分布以及液体和蒸汽的压力分布,得出MHP 的传热极限以及此时的蒸发段最小毛细半径。
结论是:毛细半径、液体和蒸汽的管内轴向分布主要与传热量和气液界面剪切力有关,减小剪切力将大大提高传热能力;最大传热量随接触角的减小而增大,随循环工质流量的增加而单调增大;传热量的增加使更多的工质参与循环,减小了冷凝段液体的拥塞长度等。
1.2 MHP 结构优化设计研究对MHP 管内流动和传热的机制研究就是要分析各种因素对MH P 传热能力的影响,从而确定其传热极限,以指导对MHP 的结构进行优化设计,其目的就是要设法提高MH P 的性能,或使新型结构的MHP 适用于特殊的工作条件。
目前对MHP 结构的优化设计主要体现在:1.2.1 设计更合理的尺寸和更多的尖角以提供更大的毛细动力S.W.Kang 等设计制作了星形和菱形槽道的MHP,进行理论计算和实验研究。
在充液量和热流密#10# 制 冷 与 空 调第6卷度变化的情况下,测试MHP 的性能。
由于更多的尖角和微型缝隙提供了更好的毛细动力,最好的热传导率分别可达277.9W/(m #K)和289.4W/(m #K)[23]。
范春利等通过实验比较了三种微槽道平板热管的性能,并研究了槽道结构、充液率、工质种类对微槽道平板热管性能的影响,得出:对深槽平板热管的最优充液率在2.0附近,以丙酮为工质的热管性能比以蒸馏水为工质的热管性能差,槽道的加深使热管具有更好的传热性能等[24]结论。
1.2.2 设计气液分离的MH P[25-26]S.W.Kang 等制造了一种放射状槽道结构的MHP 阵列,尺寸大小为5cm @5cm,用于冷却电子设备。
该MHP 阵列采用三层硅板加工而成(图1)。
这种三层结构的设计通过分离气液两相流来减少粘性剪切应力。
实验表明:在加入热量为27W 、充液率为70%时,MHP 具有最好的性能。
此时,蒸发温度比平板低27%[25]。
同时,他们将确定该MHP 的传热极限,并进行优化设计以进一步提高其性能。
图1 气液分离的MHP 结构图1.2.3 电液动力(elec trohydrodynamic,E HD)MHP 传统的MHP 由于液体回流时存在很大的粘性损失,很难有效地散发更高密度的热量。
Z.Yu 等和Zhiquan Yu 等为解决这一问题提出了电液动力MH P 。
