作者：2019級(jí)本科生 董震宇 胡景淇 曾翰韓 賴伯韜 能源動(dòng)力與工程系
指導(dǎo)老師：李輝 能源與動(dòng)力工程系
關(guān)鍵詞：微熱管
摘要
隨著電子設(shè)備小型化和集成度的提高，用于智能手機(jī)、5G移動(dòng)基站的芯片功能不斷增強(qiáng)，其發(fā)熱量也不斷增大，需要更小更高效的熱管理系統(tǒng)。熱管利用相變進(jìn)行換熱，能以較小溫差傳遞大量的熱，非常適用于小型芯片。但是，現(xiàn)有的超薄微熱管換熱能力存在瓶頸。超薄熱管相變換熱與微結(jié)構(gòu)參數(shù)的依變關(guān)系尚未明晰，包括孔隙率和微觀結(jié)構(gòu)的選擇等，目前仍主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)性嘗試，缺乏理論指導(dǎo)，限制了超薄熱管的傳熱性能的進(jìn)一步提升。本項(xiàng)目旨在通過(guò)對(duì)微細(xì)尺度相變和流動(dòng)的精細(xì)設(shè)計(jì)和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)微熱管性能的提升。
作品設(shè)計(jì)
微熱管分為三個(gè)部分，蒸發(fā)段、絕熱段以及冷凝段。工質(zhì)在蒸發(fā)段蒸發(fā)吸熱，蒸氣經(jīng)過(guò)微槽道到達(dá)冷凝段，在冷凝段液化放熱，液體再通過(guò)回流裝置回到蒸發(fā)段，形成一個(gè)工作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)換熱。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于借助人工智能算法輔助優(yōu)化熱管蒸發(fā)段、冷凝端和毛細(xì)芯微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)超薄熱管的可控精細(xì)設(shè)計(jì)，從而提升超薄熱管的換熱能力。
蒸發(fā)段設(shè)計(jì)
蒸發(fā)段的設(shè)計(jì)需要保證薄液膜維持穩(wěn)定快速的沸騰。在表面結(jié)構(gòu)的制作上，疏水性材料和親水性材料各有點(diǎn)，也各有不足。疏水性材料有利于氣泡的產(chǎn)生，而親水性材料有利于氣泡的脫離。需要設(shè)計(jì)更合理的結(jié)構(gòu)，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，加快沸騰速度。
冷凝段設(shè)計(jì)
冷凝段需要保證蒸氣快速冷凝放熱，并維持穩(wěn)定的珠狀凝結(jié)。想要讓氣體快速珠狀冷凝，同樣需要設(shè)計(jì)親疏水復(fù)合的微型結(jié)構(gòu)表面。
液體回流裝置設(shè)計(jì)
現(xiàn)在一般采用吸液芯的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)液體回流。需要保證流動(dòng)的連續(xù)性，防止出現(xiàn)斷流的情況。同時(shí)也要降低液體傳輸?shù)淖枇?，使液態(tài)工質(zhì)回流過(guò)程更加流暢。需要對(duì)不同的孔道形狀以及其孔隙率進(jìn)行探究。
整體設(shè)計(jì)
蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段的長(zhǎng)度配比也會(huì)影響到微熱管的性能。需要通過(guò)探究確定合理的長(zhǎng)度配比。
項(xiàng)目進(jìn)展
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分：通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研總結(jié)了現(xiàn)有的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并確定了具體的漸變式結(jié)構(gòu)和復(fù)合式結(jié)構(gòu)方案，之后將對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)。
計(jì)算仿真部分：這一部分主要包括計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS和人工智能算法。通過(guò)仿真，可以初步驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性；通過(guò)算法，可以調(diào)整總體的長(zhǎng)度配比，進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。現(xiàn)在正在對(duì)軟件操作和算法進(jìn)行學(xué)習(xí)。
實(shí)驗(yàn)部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性。包括蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、冷凝實(shí)驗(yàn)臺(tái)和吸液芯試驗(yàn)臺(tái)。已完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。
圖片：
圖1 蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖2 冷凝實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖3 ANSYS散熱仿真
圖4 封面
