專(zhuān)利名稱(chēng)：：以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，屬于熱交換技術(shù)、電子元器件冷卻和航空領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和MEMS(MicroElectro-MechanicalSystem,微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)的進(jìn)步，以及各種電子器件及設(shè)備，如計(jì)算機(jī)芯片等向高性能、小型化及微型化的趨勢(shì)發(fā)展，電子元器件的總功率密度大幅度增長(zhǎng)而物理尺寸卻越來(lái)越小，熱流密度也隨之增加，能否將這些電子元器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)并有效的散發(fā)出去，將直接影響電子器件的成本、工作性能及可靠性。高溫的溫度環(huán)境勢(shì)必會(huì)影響電子元器件的性能，這就要求對(duì)其進(jìn)行更加高效的熱控制。因此，有效解決電子元器件的散熱問(wèn)題已成為當(dāng)前電子元器件和電子設(shè)備制造的關(guān)鍵技術(shù)。軸向槽道熱管不僅是迄今為止在航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種熱管，而且在當(dāng)今能源領(lǐng)域以及電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是一種高效傳熱元件。槽道熱管其最大優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，在滿足傳熱性能要求的同時(shí)，流動(dòng)阻力小，并且加工制造工藝簡(jiǎn)單，制造加工方便，生產(chǎn)成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。軸向槽道熱管通過(guò)內(nèi)部工質(zhì)的相變換熱實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，因此傳熱速率快，效率高，熱阻小。但軸向微槽道熱管的傳熱能力仍然受到一定的限制，存在沸騰極限，攜帶極限，干涸極限等，尤其是毛細(xì)力傳熱極限的最小值決定了軸向微槽道熱管的傳熱能力。針對(duì)微槽道熱管傳熱極限的限制，國(guó)內(nèi)外研究人員根據(jù)微槽道熱管的工作特點(diǎn)提出了許多提高微槽道熱管傳熱能力的具體措施。>槽道熱管內(nèi)加金屬絲干道等。>改變槽道的結(jié)構(gòu)梯形，矩形，圓形，三角形。>槽道內(nèi)壁面微槽道熱管內(nèi)壁加工成周向，軸向和三角形槽道表面。>在微槽道熱管內(nèi)覆蓋絲網(wǎng)加大改善工況。>改變槽道熱管中槽道的深寬比>在槽道熱管的溝槽中填放吸液芯材料。>在熱管內(nèi)壁中設(shè)置多空材料，并在上面開(kāi)槽道。上述方法都是在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)微槽道熱管的工作性能。如果在熱管循環(huán)工質(zhì)中加入各類(lèi)金屬或金屬氧化物納米顆粒，可以改變循環(huán)工質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物性，增強(qiáng)內(nèi)部能量的傳遞過(guò)程、增大納米流體的換熱系數(shù)，使加熱器溫度場(chǎng)更加均勻，換熱功率更大。因此，納米流體(納米粒子懸浮液)作為一種新型的強(qiáng)化傳熱工質(zhì)有著廣闊的應(yīng)用前景。氧化銅納米懸浮液是一種新型的納米流體，和傳統(tǒng)的納米流體相比有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。納米懸浮液有比一般流體更好的換熱性能，其強(qiáng)化傳熱特性已為許多基礎(chǔ)研究所證實(shí)。至今尚沒(méi)有人提出采用氧化銅納米懸浮液作為水平放置微槽道熱管內(nèi)的工質(zhì)來(lái)強(qiáng)化熱管換熱性能。使用氧化銅納米懸浮液作為工質(zhì)的熱管在電子、微電子設(shè)備冷卻等電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域方面具有獨(dú)特的發(fā)展?jié)摿Γ哂袕V闊的應(yīng)用前景，也將會(huì)產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，不僅具有更高的換熱性能，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采用一種新型的換熱冷卻工質(zhì)——氧化銅納米懸浮液作為水平放置微槽道熱管的工質(zhì)，從而達(dá)到強(qiáng)化微槽道熱管換熱性能的目的。采用的懸浮液具有比其基液大得多的有效導(dǎo)熱系數(shù)，在低壓條件下可以有效地提高熱管換熱特性。本發(fā)明的微槽道熱管采用紫銅管加工而成，可分為三個(gè)部分，蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段，蒸發(fā)段采用電加熱器加熱，絕熱段外套特氟隆棒保溫，冷凝段外焊接冷卻水套，用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻。蒸發(fā)段內(nèi)部注入的工質(zhì)為碳納米管懸浮液，最佳充液率為蒸發(fā)段容積的40-60%，在此范圍內(nèi)，充液量對(duì)換熱特性基本無(wú)影響。所述氧化銅納米懸浮液為去離子水與氧化銅納米顆粒的混合液，懸浮液中氧化銅納米顆粒的質(zhì)量濃度為0.5-2%。本發(fā)明的微槽道熱管運(yùn)行時(shí)，先在低熱負(fù)荷工況下運(yùn)行數(shù)分鐘，使沉降在熱管蒸發(fā)段底部的氧化銅納米顆粒重新懸浮，即可正常運(yùn)行。使用時(shí)，把需要散熱的元器件貼附在熱管下端，依靠微槽道熱管內(nèi)部的工質(zhì)蒸發(fā)傳熱將需要散熱的元件的熱量傳遞到冷卻段，冷卻段內(nèi)工質(zhì)冷凝傳熱將熱量傳遞到冷凝水中。本發(fā)明所述的CuO納米顆粒平均粒徑50nm。本發(fā)明利用氧化銅納米顆粒懸浮液強(qiáng)化熱管傳熱特性，氧化銅納米懸浮液濃度對(duì)微槽道熱管的換熱特性有明顯的影響，在質(zhì)量濃度為0.5-2%的范圍內(nèi)均可取得強(qiáng)化效果。壓力對(duì)使用氧化銅納米懸浮液的微槽道熱管的換熱強(qiáng)化率有明顯的影響。壓力越小，采用懸浮液后的換熱強(qiáng)化效果越好。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍為7.45kPa到19.97kPa。本發(fā)明的強(qiáng)化型熱管在低壓下(熱管運(yùn)行溫度低于100度)使用效果更好。壓力由調(diào)節(jié)冷凝水流量控制。本發(fā)明中的以氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的微槽道熱管，同之前的以純水為工質(zhì)的熱管相比，蒸發(fā)段換熱系數(shù)最大可提高75%，而最大散熱功率可提高20%。熱管的總熱阻可降低40%。圖1為本發(fā)明的軸向微槽道熱管結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1為冷凝段，2為冷卻水套，3為絕熱段，4為特氟隆棒，5為工質(zhì)，6為加熱熱源，7為蒸發(fā)段。圖2為熱管蒸發(fā)段內(nèi)壁的微槽道局部放大圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例中的參數(shù)不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明微槽道熱管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)熱管采用紫銅管加工而成，紫銅管外徑8mm，壁厚0.6mm，槽道寬0.25mm，總長(zhǎng)度為350mm，加熱段長(zhǎng)度100mm，絕熱段長(zhǎng)度100mm，冷凝段長(zhǎng)度150mm。熱管尺寸可任意設(shè)計(jì)。蒸發(fā)段7采用電加熱器加熱，絕熱段3外套特氟隆棒4保溫，冷凝段1管內(nèi)壁加工成軸向槽道表面，尺寸無(wú)特定限制。冷凝段外焊接冷卻水套2，用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻，冷卻水從水套下部進(jìn)入，上部流出，5為蒸發(fā)段內(nèi)部注入的工質(zhì)氧化銅納米懸浮液，最佳充液率(工質(zhì)體積與微槽道熱管蒸發(fā)段體積之比)為蒸發(fā)段容積的40-60%，在此范圍內(nèi)，充液量對(duì)換熱特性基本無(wú)影響，6為電加熱器產(chǎn)生的熱源。本發(fā)明采用的氧化銅納米懸浮液為去離子水與氧化銅納米顆粒的混合液，懸浮液中氧化銅納米顆粒的質(zhì)量濃度范圍為0.5-2%。所述納米氧化銅CuO，平均粒徑50nm(安徽工業(yè)大學(xué)方圓納米研究所生產(chǎn)的純度為99.9%)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)段內(nèi)壁微槽道的局部放大結(jié)構(gòu)如圖2所示，在微槽道傳熱面上均勻密布矩形截面形狀的微槽道，每個(gè)微槽道的肋寬O.lmm，槽寬0.25腿，槽深0.2謹(jǐn)。本發(fā)明的微槽道熱管運(yùn)行時(shí)，先在低熱負(fù)荷工況下運(yùn)行數(shù)分鐘，使沉降在熱管蒸發(fā)段底部的氧化銅納米顆粒重新懸浮，即可正常運(yùn)行。使用時(shí)，把需要散熱的元器件貼附在熱管下端，依靠微槽道熱管內(nèi)部的工質(zhì)蒸發(fā)傳熱將需要散熱的元件的熱量傳遞到冷卻段，冷卻段內(nèi)工質(zhì)冷凝傳熱將熱量傳遞到冷凝水中。本發(fā)明采用不同質(zhì)量濃度的氧化銅納米顆粒懸浮液為工質(zhì)的實(shí)施例的數(shù)據(jù)如表1所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的軸向微槽道熱管與現(xiàn)有的以純水為工質(zhì)的軸向微槽道熱管相比，能夠十分顯著的提高換熱特性，降低熱管熱阻，增加散熱功率。在同樣壓力下，lwtn/。為最佳質(zhì)量濃度，能得到最大的強(qiáng)化效果。同樣濃度條件下，壓力越低，熱管所起到的強(qiáng)化效果越明顯。在壓力范圍為7.2kPa19.97kPa之間、氧化銅納米溶液質(zhì)量濃度為lwtM時(shí)，和傳統(tǒng)的以水為工質(zhì)的熱管相比，蒸發(fā)段換熱系數(shù)最大可提高到75%，而最大散熱功率可提高20%。熱管的總熱阻可降低40%左右。權(quán)利要求1、一種以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，包括蒸發(fā)段(7)、絕熱段(3)和冷凝段(1)，其特征在于絕熱段(3)外套特氟隆棒(4)保溫，冷凝段(1)外焊接冷卻水套，蒸發(fā)段(7)采用電加熱器加熱，蒸發(fā)段(7)內(nèi)壁開(kāi)有微槽道，內(nèi)部充注的工質(zhì)(5)為氧化銅納米懸浮液，充液率為蒸發(fā)段容積的40-60％。2、根據(jù)權(quán)利要求l的以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，其特征在于所述氧化銅納米懸浮液為去離子水與氧化銅納米顆粒的混合液，懸浮液中氧化銅納米顆粒的質(zhì)量濃度為0.5-2%。3、根據(jù)權(quán)利要求l的以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，其特征在于所述氧化銅納米顆粒的平均粒徑為50nm。4、根據(jù)權(quán)利要求l的以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，其特征在于所述微槽道采用矩形截面形狀，每個(gè)微槽道的肋寬O.lmm，槽寬0.25mm，槽深0.2mm。全文摘要本發(fā)明涉及一種以水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)的軸向微槽道熱管，由蒸發(fā)段，絕熱段和冷卻段三部分組成，絕熱段外套特氟隆棒保溫，冷凝段外焊接冷卻水套，蒸發(fā)段內(nèi)壁開(kāi)有微槽道，內(nèi)部充注的工質(zhì)為氧化銅納米懸浮液，充液率為蒸發(fā)段容積的40-60％。所述氧化銅納米懸浮液為去離子水與氧化銅納米顆粒的混合液，懸浮液中氧化銅納米顆粒的質(zhì)量濃度為0.5-2％。使用時(shí)，把需要散熱的元器件貼附在熱管下端，依靠微槽道熱管內(nèi)部的工質(zhì)蒸發(fā)傳熱將需要散熱的元件的熱量傳遞到冷卻段，冷卻段內(nèi)工質(zhì)冷凝傳熱將熱量傳遞到冷凝水中。本發(fā)明采用水基氧化銅納米懸浮液為工質(zhì)，可以有效地降低熱管熱阻，提高最大散熱功耗。文檔編號(hào)F28D15/02GK101251349SQ20081003556公開(kāi)日2008年8月27日申請(qǐng)日期2008年4月3日優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日發(fā)明者劉振華,呂倫春,亮廖,濤舒,杰趙申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)