丝网热管-换热性能的实验研究

转自天津工业大学学报

摘 要：

为研究纳米流体工质的丝网热管的换热性能，制作了简单的丝网热管传热性能测试装置. 实验采用 SiO2 纳米流体为工质，对在不同的充液率、浓度、热管倾角以及不同纳米颗粒粒径情况下丝网热管的热阻进行了研究. 研究表明：丝网热管在充液率为60%、质量分数为 1%、倾角为 30毅以及纳米粒径为 30 nm 时，换热性能处于最佳. 研究结果为 SiO2 纳米流体工质在热管散热器中的运用提供理论依据.

关键词：

丝网热管；换热性能；SiO2 纳米流体；热阻；充液率

电子设备的高效散热一直是现代传热学研究的主要内容之一. 研究和实际应用表明，电子元件的故障发生率随工作温度的提高而呈指数增长[1]. 随着电子设备功率的进一步增加，传统的依靠肋片、风冷等方式的散热已不能满足需要，因此，必须研究和开发新的散热方式和手段，以满足高热流密度散热要求.热管技术由于其高导热性及优良的等温性等优点[2]，而被逐渐应用于电子设备散热领域. 热管是依靠自身内部工质的相变来实现传热的，低导热系数的换热工质已成为研究新一代热管高效冷却技术的主要障碍之一[3]. 因此，提高工质的换热性能已成为现代高效传热的一个重要研究方向. 在液体中添加金属或非金属的纳米颗粒是提高工质导热系数的一个重要途径。

“纳米流体”的概念是由美国国家实验室研究员 Choi于 1995 年首次提出，以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新型、高效传热冷却工质 [4]
. 纳米流体导热系数受到纳米颗粒的种类、质量分数、粒径大小等因素的影响，从而对工质导热系数产生变化. 目前对于以 SiO2 纳米流体为热管工质的研究处于起步阶段，大多数集中在 CuO 纳米流体[5]、Al2O3 纳米流体[6]等方面. 本文参考制作了简单的丝网热管性能测试装置[7]，以 SiO2 纳米流体为工质，改变工质的充液率、质量浓度以及热管的倾角等，通过直流稳压电源控制热源加热的功率密度，测试丝网热管的换热性能，为以 SiO2 纳米流体为工质的热管在电子设备散热中的应用提供理论依据.

结 论

本文采用 SiO2 纳米流体作为工质，分别对在不同充液率、不同质量分数、不同倾角以及不同纳米粒径条件下进行了丝网热管的换热特性实验. 研究表明：纳米流体在充液率 60%、质量分数为 1%、倾角为30度、纳米粒径为 30 nm 时，丝网热管的换热性能最佳. 研究结果可以为 SiO2 纳米流体应用于电子设备的散热提供设计参考.

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