基于复合毛细芯的环路热管关键问题研究

本项目将以大功率电子设备的冷却系统为研究背景，以环路热管关键问题为重点研究对象，通过理论分析、实验研究、数值模拟和样型试制等多种手段，以期探究环路热管的关键问题，针对环路热管的关键部件-毛细芯，烧制基于镍铜基的复合毛细芯和具有差异导热系数的高性能复合毛细芯；研究基于复合毛细芯的高性能环路热管，通过大量实验研究认识和掌握环路热管多种条件下的启动运行特性及温控特征，探寻环路热管启动运行的不稳定机理及相应解决方法；针对环路热管的应用，开发可普遍适用于环路热管及冷却系统的模拟与性能评估的系统分析平台，以促进基于复合毛细芯的高性能环路热管及其冷却系统在更多领域的大面积推广与应用。主要创新点是镍铜基复合毛细芯、差异导热系数复合毛细芯及相应高性能环路热管研制以及为促进环路热管应用的具有普适性系统分析平台的开发。

本项目以电子设备冷却系统为研究背景，以环路热管为研究对象，通过理论分析、实验研究和数值模拟等相结合，主要从关键部件、传热性能和系统分析三个方面着手研究和分析环路热管关键问题。. 主要研究内容包括：1）复合毛细芯的自主研制。烧制镍基和镍铜基复合毛细芯获得了微纳米级孔径（<1微米）、高孔隙率（50%-70%）和低导热系数（<2W/(m.K)）的毛细芯，提出了具有差异导热系数的新型复合毛细芯获得国家发明专利授权，搭建了毛细芯参数测试系统用于表征毛细芯的孔隙率、渗透率、孔径和有效导热系数等基本参数。2）环路热管研制及其实验研究。设计制造了基于镍基毛细芯和镍铜基复合毛细芯的环路热管，搭建了环路热管综合测试平台，实验研究了环路热管的启动及运行特性，分析获得了差异导热系数毛细芯环路热管的运行基本特性；完成了对环路热管温度波动现象的观察。同时，课题组实验研究获得了自湿润混合工质和结构改性对热管传热性能的强化特性，对自湿润工质和局部结构改性应用于环路热管和促进其传热强化提供了原始实验数据和基本依据。3）环路热管系统模拟分析。构建完善了环路热管两相瞬态分析模型，优化开发了基于Excel环境的环路热管的性能预测和运行模拟的简易分析工具。.项目的研究特色与创新之处主要体现在对镍铜基复合毛细芯的研制，特别是具有差异导热系数复合毛细芯的研制以及对基于差异导热系数毛细芯环路热管的实验研究。该复合毛细芯的主要特点是在其外侧具有较高导热系数以提高环路热管在毛细芯外侧从热源到蒸发液体的传热系数，在其内侧具有较低导热系数以降低从毛细芯外侧经由毛细芯本体传向补偿器液体侧的漏热量，从而可提升环路热管的整体传热性能。. 本项目提出的具有差异导热系数复合毛细芯，对拓展环路热管研究思路具有较好的借鉴意义；项目所开展对自湿润混合工质在热管中的强化传热特性，对其在环路热管传热强化和应用研究提供了基本支撑。本项目研究内容和成果体现了较好的研究价值和科学意义。. 本项目课题研究完成了项目计划书设定的预期目标。可量化的指标超额完成了预定目标，主要包括：发表论文18篇，其中EI收录论文10篇，高水平国际会议论文2篇，获授权发明专利1项，实用新型专利1项。