内凹孔阵列微沟槽式铝均热板制造与性能表征

为了提高超薄铝均热板的传热性能,本文提出一种基于交错犁切-挤压成形的内凹孔阵列微沟槽式吸液芯(Micro-grooved wick with reentrant cavity array,MGRA)。采用交错犁切-挤压法能在薄基板、小切深条件下获得高深宽比微沟槽及内凹结构阵列,该结构具有较高的毛细极限和沸腾极限。实验结果表明,采用MGRA吸液芯的铝基均热板具有优异的传热性能。本文具体研究工作如下:(1)内凹孔阵列微沟槽式吸液芯制造与结构表征设计基于刨削的犁切-挤压刀具,采用交错犁切-挤压方法加工MGRA,并分析加工过程中金属塑性流动规律和内凹孔成形机理。研究犁切-挤压参数与内凹孔形貌间的关系,优化加工参数。采用Deform有限元模拟进一步研究犁切-挤压过程中的金属流场和应力场分布,确定微沟槽和内凹孔成形过程中的关键环节。(2)吸液芯毛细极限性能表征采用红外热成像法研究吸液芯毛细上升高度、速度,分析内凹孔毛细阀效应对毛细性能的强化作用;采用强制对流法分析吸液芯压降与渗透率。建立基于毛细极限热流密度的综合评估模型K·△Pcap,通过对比MGRA与MG的理论毛细极限,验证内凹孔阵列对毛细性能的强化作用。研究不同结构参数MGRA的毛细上升、渗透率和理论毛细极限,优化交错犁切-挤压加工参数。(3)吸液芯沸腾极限性能表征开展池沸腾换热实验,研究MGRA相变起始点、换热系数及极限热流密度,分析MGRA对均热板启动性能和沸腾极限的强化作用。结合可视化实验,研究MGRA孔-槽气泡成核机制和脱离直径,并分析其气泡动态特性与两相流换热性能间的关系。(4)MGRA均热板热学性能表征研究MGRA铝基均热板的封装工艺,分析均热板的启动性能、稳态热阻和极限功率。研究MGRA均热板的抗重力性及冷凝端冷却功率对其性能的影响。对比MGRA均热板与其他类型均热板的热阻,验证MGRA对铝均热板性能的强化作用。