[發(fā)明專利]一種熱管用多孔材料極限熱流密度的測試裝置及測試方法

有效

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• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101871902A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲選輝;何東升;何新波;李平;顏丞銘;郭俊國;胡偉華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱管傳熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及熱管用多孔材料極限熱流密度的測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕量化和多功能化方向發(fā)展，電子產(chǎn)品的散熱問題也越來越突出。傳統(tǒng)的散熱方式有金屬散熱片和空氣對流，但這些方式已逐漸不能滿足電子產(chǎn)品散熱的要求，亟需一種更強(qiáng)的散熱方式。

熱管在工作時，管內(nèi)工質(zhì)發(fā)生相變，工質(zhì)的相變潛熱經(jīng)由熱管被傳走。通常，熱管的熱導(dǎo)率是純銅的100～10000倍，并且熱管可以有效的將狹窄空間的熱量帶走。熱管屬于被動傳熱，不需要外界動力支持，且工作時無噪音。根據(jù)熱管毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)，可以將熱管分為槽道毛細(xì)芯熱管、燒結(jié)毛細(xì)芯熱管和絲網(wǎng)毛細(xì)芯熱管，不同毛細(xì)結(jié)構(gòu)有不同的特點：

1、槽道毛細(xì)芯由于具有較大的滲透率，工作液體在流過時壓力損失小。

特別的是，它的價格很低廉，簡單的槽道可以在制備熱管包套或管殼時制取。然而，簡單的槽道結(jié)構(gòu)也有一些缺點：由于毛細(xì)半徑大，它產(chǎn)生的毛細(xì)壓力小；當(dāng)熱管處于局部過熱、部分燒干的狀態(tài)，粘性限會突然出現(xiàn)，導(dǎo)致熱管溫度快速上升，熱管燒毀；

2、燒結(jié)金屬毛細(xì)芯能產(chǎn)生很大的毛細(xì)壓力，因此它具有很好的傳液能力，金屬粉末在熱管內(nèi)會產(chǎn)生類似于翅片的效果，提高熱管的熱導(dǎo)率。

同時，由于粘性極限的逐步出現(xiàn)，溫度快速增加的現(xiàn)象很少出發(fā)生。

然而，由于過小的滲透率，工作液體在通過燒結(jié)毛細(xì)芯時會產(chǎn)生很大的壓力損失；

3、絲網(wǎng)毛細(xì)芯的毛細(xì)壓力居中，滲透率較小，所以工質(zhì)會有很大的壓力損失，同時它的熱阻也很大，較低的熱量就會達(dá)到傳熱極限。

熱管的傳熱極限主要由熱管毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)決定。為了提高熱管的傳熱極限，需要調(diào)整毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計。毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)除了3種基本結(jié)構(gòu)，還有由以上3種基本結(jié)構(gòu)組合而成的復(fù)合毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)(例如槽道結(jié)構(gòu)和燒結(jié)結(jié)構(gòu)組合)，不同的結(jié)構(gòu)其傳熱能力也不同，同一種結(jié)構(gòu)孔隙率和孔徑不同也會引起傳熱能力很大的改變，另一方面，多孔結(jié)構(gòu)材料的沸騰傳熱過程很復(fù)雜，目前還無法用理論來解釋多孔材料的沸騰過程。因此，對于有不同參數(shù)的熱管毛細(xì)芯，為了比較其傳熱極限，由于無法通過理論公式來預(yù)測，所以需要將其制成熱管然后測試比較。采用本專利的測試裝置則無需將毛細(xì)結(jié)構(gòu)制成熱管，只需將毛細(xì)結(jié)構(gòu)與測試塊燒結(jié)在一起，然后模仿熱管工作條件進(jìn)行測試，通過測試的傳熱極限比較各種毛細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，從而得出最佳的毛細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種熱管用多孔結(jié)構(gòu)材料極限熱流密度的測試裝置及測試方法，使用該裝置可以直接測量熱管毛細(xì)芯的極限傳熱熱流密度，而不需將毛細(xì)芯制成熱管再測試。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種熱管用多孔結(jié)構(gòu)材料極限熱流密度測試裝置，該裝置包括由絕熱材料、不銹鋼桶、測試塊、冷凝管、傳熱塊、加熱器和熱電偶組成；

其中，

所述不銹鋼桶，上端設(shè)置有絕熱玻璃蓋，底部中心位置設(shè)有通孔；

所述測試塊，用于安裝被測樣品，被測樣品和所述測試塊在還原氣氛燒結(jié)成一體，減少被測樣品測試時的接觸熱阻；所述測試塊用螺栓和不銹鋼桶連接；

所述冷凝管，安裝于所述絕熱玻璃蓋上，用于冷凝不銹鋼桶內(nèi)蒸發(fā)的工質(zhì)，保持桶內(nèi)工質(zhì)總量不變，同時冷凝管可以保證桶內(nèi)壓力與外界壓力相同；

所述加熱器，分別安裝于所述不銹鋼桶中和所述傳熱塊上，用于加熱桶中工質(zhì)，排除工質(zhì)內(nèi)不飽和氣體，以及加熱所述傳熱塊；

所述熱電偶為至少三個，分別安裝于所述不銹鋼桶中和所述傳熱塊上，用于采集傳熱塊的傳熱熱流密度；

所述傳熱塊，與所述加熱快固結(jié)，用于引導(dǎo)加熱器的熱流至被測試樣品；

所述用絕熱材料，設(shè)置于所述傳熱塊的外側(cè)，防止加熱器和傳熱塊的熱量散失。

進(jìn)一步，所述傳熱塊和所述測試塊的接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂，用于降低接觸熱阻；

進(jìn)一步，所述測試塊和冷凝管之間設(shè)有擋板，用于防止冷凝管內(nèi)回流的液體滴落被測試樣品表面。

所述加熱塊為銅塊。

所述工質(zhì)為水、乙醇或正戊烷。

所述絕熱材料為石棉。

本發(fā)明另一目的提供一種熱管用多孔材料極限熱流密度的測試方法，具體包括以下步驟：

步驟1.將待測試材料與測試塊于還原氣氛燒結(jié)成一體，備用；