燒結(jié)式熱管導(dǎo)熱性能研究

徐 微 曹小鴿 張艷肖 徐志杰

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西 西安710018）

1 概述

感應(yīng)加熱電源應(yīng)用越來(lái)越廣泛，小型化是其發(fā)展趨勢(shì)，目前電源中開(kāi)關(guān)器件散熱主要采用水冷，但是水冷系統(tǒng)中的水箱體積龐大，導(dǎo)致電源無(wú)法較好的實(shí)現(xiàn)小型化和輕型化。而熱管具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，隨著價(jià)格的親民化，其應(yīng)用的場(chǎng)合越來(lái)越廣泛。利用熱管給電源散熱，能夠有效降低電源體積，但是在利用熱管給電源散熱前，首先要研究熱管散熱性能。因此本文搭建熱管散熱器散熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究不同熱源時(shí)，熱管的散熱性能，具有一定的意義。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于熱管性能的研究主要集中在等溫性、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部工質(zhì)、重力、充液率等方面，文獻(xiàn)1 研究了直線型銅- 水熱管的蒸發(fā)段與冷凝段不同的長(zhǎng)度比對(duì)熱管傳熱性能的影響[1]。文獻(xiàn)2 研究了熱管內(nèi)部燒結(jié)長(zhǎng)度對(duì)復(fù)合型吸液芯熱管導(dǎo)熱性能的影響,認(rèn)為減小燒結(jié)長(zhǎng)度可有效降低總熱阻[2]。文獻(xiàn)3 研究了重力對(duì)熱管性能的影響，當(dāng)長(zhǎng)度56.5mm，直徑15.88mm 的直線型燒結(jié)熱管以60°傾角安裝時(shí)熱管導(dǎo)熱性能最好[3]。文獻(xiàn)4 研究了不同加熱功率情況下鈉鉀合金熱管的啟動(dòng)和傳熱性能，在一定范圍內(nèi)增大加熱功率可有效縮短熱管啟動(dòng)時(shí)間[4]。文獻(xiàn)5研究了充液量對(duì)矩形多槽道熱管傳熱性能的影響，認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)加熱功率選擇適當(dāng)?shù)某湟毫坎拍鼙ＷC熱管正常工作[5]。文獻(xiàn)6介紹了新型柔性熱管的研究進(jìn)展，具體講述了柔性熱管的基本原理、制作工藝和應(yīng)用領(lǐng)域[6]。

感應(yīng)加熱電源散熱主要是水冷，將熱管應(yīng)用在感應(yīng)加熱電源的文獻(xiàn)較少，本文搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究不同熱源時(shí)熱管散熱器散熱性能的。本文研究?jī)?nèi)容將為熱管在感應(yīng)加熱電源中應(yīng)用提供工程參考，因此本文研究具有一定的意義。

2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示，由LXF2500 恒溫源、風(fēng)扇、熱電偶、安捷倫34972A 數(shù)據(jù)采集器和熱管散熱器組成。恒溫源可調(diào)溫度范圍0℃-800℃。風(fēng)扇為CPU 專用風(fēng)扇，風(fēng)速5400r/min，風(fēng)量1.175m/min。K 型熱電偶型號(hào)WRNT-01, 可測(cè)溫度范圍0℃-500℃，測(cè)量精度0.25℃。熱管為L(zhǎng) 型燒結(jié)式熱管，直徑8mm，長(zhǎng)度為200mm，充液率為50%。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室溫26 度，熱源溫度可調(diào)，在50℃到200℃范圍內(nèi)，將L 型熱管散熱器的基座放在恒溫源的恒溫基座上，并在其接觸面涂抹導(dǎo)熱硅膠，實(shí)驗(yàn)中采用風(fēng)冷散熱。將2 個(gè)K 型熱電偶安裝在L 型熱管的基座表面，溫度采集模塊每30s 采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集器處理后，通過(guò)上位機(jī)顯示，如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)L型熱管90°放置，測(cè)量不同熱源溫度時(shí)，被加熱基座的溫度。每?jī)纱螌?shí)驗(yàn)之間，熱管和熱源至少停止工作一個(gè)小時(shí)，確保熱管和熱源完全冷卻，同一個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)量10 次，得到10 組200 個(gè)數(shù)據(jù)，剔除粗大誤差后求平均值，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)圖1 所示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究熱源溫度分別為50℃，100℃，150℃，200℃時(shí)，熱管基座的溫度變化情況，從圖2 中可以看出，不加裝熱管時(shí)，熱管基座溫度從室溫不斷增加，最終穩(wěn)定在熱源溫度。加裝熱管散熱器后，被加熱基座溫度上升變化緩慢，最終穩(wěn)定溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱源溫度。熱源溫度50℃時(shí)，被加熱物體溫度為34.5℃，熱源溫度100℃時(shí)，被加熱物體溫度為67.5℃。熱源溫度150℃時(shí)，被加熱物體溫度為80℃，熱源溫度200℃時(shí)，被加熱物體溫度為89℃。

圖2 熱源溫度不同時(shí)，被加熱基座溫度變化曲線

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用熱管散熱器，能有效地降低被加熱物體的溫升變化率，同時(shí)使得被加熱物體最終穩(wěn)定溫度低于給定的熱源溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用熱管給感應(yīng)加熱電源中開(kāi)關(guān)器件散熱實(shí)可行的[7]，能夠?qū)崿F(xiàn)電源的小型化。