燒結式熱管導熱性能研究

徐 微 曹小鴿 張艷肖 徐志杰

（西安交通大學城市學院，陜西 西安710018）

1 概述

感應加熱電源應用越來越廣泛，小型化是其發展趨勢，目前電源中開關器件散熱主要采用水冷，但是水冷系統中的水箱體積龐大，導致電源無法較好的實現小型化和輕型化。而熱管具有優良的導熱性能，隨著價格的親民化，其應用的場合越來越廣泛。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驗平臺，研究不同熱源時，熱管的散熱性能，具有一定的意義。

目前國內外對于熱管性能的研究主要集中在等溫性、結構、內部工質、重力、充液率等方面，文獻1 研究了直線型銅- 水熱管的蒸發段與冷凝段不同的長度比對熱管傳熱性能的影響[1]。文獻2 研究了熱管內部燒結長度對復合型吸液芯熱管導熱性能的影響,認為減小燒結長度可有效降低總熱阻[2]。文獻3 研究了重力對熱管性能的影響，當長度56.5mm，直徑15.88mm 的直線型燒結熱管以60°傾角安裝時熱管導熱性能最好[3]。文獻4 研究了不同加熱功率情況下鈉鉀合金熱管的啟動和傳熱性能，在一定范圍內增大加熱功率可有效縮短熱管啟動時間[4]。文獻5研究了充液量對矩形多槽道熱管傳熱性能的影響，認為應該根據加熱功率選擇適當的充液量才能保證熱管正常工作[5]。文獻6介紹了新型柔性熱管的研究進展，具體講述了柔性熱管的基本原理、制作工藝和應用領域[6]。

感應加熱電源散熱主要是水冷，將熱管應用在感應加熱電源的文獻較少，本文搭建相應的實驗平臺，研究不同熱源時熱管散熱器散熱性能的。本文研究內容將為熱管在感應加熱電源中應用提供工程參考，因此本文研究具有一定的意義。

2 實驗裝置和方法

2.1 實驗裝置

實驗裝置如圖1 所示，由LXF2500 恒溫源、風扇、熱電偶、安捷倫34972A 數據采集器和熱管散熱器組成。恒溫源可調溫度范圍0℃-800℃。風扇為CPU 專用風扇，風速5400r/min，風量1.175m/min。K 型熱電偶型號WRNT-01, 可測溫度范圍0℃-500℃，測量精度0.25℃。熱管為L 型燒結式熱管，直徑8mm，長度為200mm，充液率為50%。

圖1 實驗裝置圖

2.2 實驗方法

實驗室溫26 度，熱源溫度可調，在50℃到200℃范圍內，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熱硅膠，實驗中采用風冷散熱。將2 個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 采集數據，數據經數據采集器處理后，通過上位機顯示，如圖1 所示。實驗時L型熱管90°放置，測量不同熱源溫度時，被加熱基座的溫度。每兩次實驗之間，熱管和熱源至少停止工作一個小時，確保熱管和熱源完全冷卻，同一個實驗重復測量10 次，得到10 組200 個數據，剔除粗大誤差后求平均值，以保證測量數據的準確性。

3 實驗數據

根據圖1 所示實驗平臺，研究熱源溫度分別為50℃，100℃，150℃，200℃時，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，熱管基座溫度從室溫不斷增加，最終穩定在熱源溫度。加裝熱管散熱器后，被加熱基座溫度上升變化緩慢，最終穩定溫度遠遠低于熱源溫度。熱源溫度50℃時，被加熱物體溫度為34.5℃，熱源溫度100℃時，被加熱物體溫度為67.5℃。熱源溫度150℃時，被加熱物體溫度為80℃，熱源溫度200℃時，被加熱物體溫度為89℃。

圖2 熱源溫度不同時，被加熱基座溫度變化曲線

4 結論

根據實驗結果發現，采用熱管散熱器，能有效地降低被加熱物體的溫升變化率，同時使得被加熱物體最終穩定溫度低于給定的熱源溫度，實驗結果表明，利用熱管給感應加熱電源中開關器件散熱實可行的[7]，能夠實現電源的小型化。