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电子器件冷却用微型热管的蒸发传热分析

时间:2017-11-13  来源:本网  浏览次数:1000

  电子器件冷却用微型热管的蒸发传热分析范春利1曲伟2杨立1华顺芳1马同泽2 "l.海军工程大学动力工程学院307教研室,湖北武汉430033;2.中国科学院工程热物理研宄所,北京100080研宄表明:薄液膜对热管蒸发传热的作用远远大于厚液膜;固液接触角在蒸发段沿轴向逐渐变小;对存在加工圆角的热管进行传热计算的时候,最小弯月面半径和加工圆角存在制约关系,不能简单的以加工圆角代替。

  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加,其产生热量的散逸变得越来越困难,如:主机及大型计算机的芯片产生的热流量己经达到60W/cm2,在2000年己经超过100W/cm2.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。

  自Cotter在1984年提出微型热管的概念以来,人们对微型热管进行了大量的理论和,微型热管由蒸发段、绝热段和冷凝段组成。液膜分布如所示。针对蒸发段假设:①蒸汽温度处于工质的饱和温度,沿轴向无梯度。

  ②热管处于稳定的工作状态。③轴向任意截面上,各角区弯月面半径为常值,只在轴向存在变化。

  ④热管的任意截面管壁温度均匀,只在轴向有变化。

  温度和蒸汽的温度,T为蒸汽温度、液体温度和汽液界面温度的平均值,为表面张力,K为弯月面曲率,p(i为脱离压力。

  在平衡薄膜区,脱离压力起主导作用,取T.为工质的饱和温度Tsat,由qm(。=0可以得到交界线区的液膜厚度为其中A为Hamakei常数,Tw为热管壁的温度。

  通过对流动和传热分析得到求解薄液膜厚度的二阶微分方程141为:Pi为液体的黏度。因蒸发薄液膜区液膜厚度非常小,液膜导热热流为(表面热阻Ri):壁面液膜分布示意图可以想象,当热管达到最大传热能力的时候,蒸发段端部的加工圆角上为一层蒸发液膜端点处恰好是平衡薄膜区和蒸发薄膜区的过渡位置。

  如微观液膜区包括两部分,一部分为平衡薄膜区,这部分液膜厚度非常微小,由于受到脱离压力作用的影响,液膜的蒸发受到抑制,蒸发量几乎为其中ki为液体的导热系数。

  式(2)可以通过四阶的龙格一库塔方法求解。

  在每个步长中的T*的值可以通过式(1)和式(3)耦合迭代求得,从而可以得到薄液膜中T*和热流密度的的周向分布。

  2弯月面区弯月面区在周向上任一点的蒸发热流密度公

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