陳瑤明臺灣大學：機械工程學研究所賴世儒Lai, Shih-RuShih-RuLai2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61592迴路式熱管(Loop Heat Pipe)具有高傳熱量、低熱阻、傳輸距離遠等優點，有相當大的潛力應用在航太科技及電子元件散熱。 一般圓管型迴路式熱管必須要加裝鞍部(saddle)才能應用於散熱平面上，而加裝鞍部不僅增加系統熱阻，而且還會使蒸發器表面溫度分布不均，影響性能，所以直接將蒸發器製作成平板狀將可改善加裝鞍部的缺點。 由文獻得知平板型迴路式熱管與圓管迴路式熱管比起來，有較顯著的熱洩漏(heat leak)問題，這也是造成平板型迴路式熱管，其系統熱阻較高的主要原因。因此本文針對熱洩漏問題提出兩種解決方法：第一，藉由增厚毛細結構的厚度，增加熱阻，降低熱洩漏的影響；第二、採用低熱導係數的高分子材料，製作以金屬燒結為主要毛細結構而高分子材料為次要毛細結構的雙層毛細結構，如此可以利用金屬毛細結構產生較高的毛細力，以及高分子毛細結構低熱傳導性質來防止嚴重的熱洩漏，藉此改善平板迴路式熱管熱洩漏的問題。 實驗證實，本文採取的兩種方法皆能改善熱洩漏對系統的影響。當主要毛細結構厚度為4 mm的雙層毛細結構，在蒸發器表面溫度不超過100℃、熱沉溫度30℃的情況下，有最大熱傳量180瓦，熱阻0.38 K/W，較未改善熱洩漏之前熱傳量40瓦、熱阻0.69 K/W，性能有明顯提升。Loop heat pipes (LHPs), which are generally and widely used with cylindrical evaporators, have a great potential for applications of spacecrafts and electronic cooling due to the advantages of high transfer capacity, low thermal resistance and long transport distances. However, the cylindrical evaporators of loop heat pipes cannot work on a flat thermo-contact surface without saddle. The saddle not only creates an extra thermal resistance but also makes evaporators less isothermal. To avoid the above disadvantages, we adopt the flat evaporators of loop heat pipes. According to the literature, however, the heat leak problem is more serious in the flat evaporators than the cylindrical evaporators. This problem also makes the thermal resistance of flat evaporators higher. Hence this study tries to solve the difficulties and provides two solutions. The first method is to increase the thermal resistance of the wick by raising the wick thickness. The second method, we design a double-decked wick, which is composed of the primary wick sintered with metal powder and the secondary wick made of the low thermal conductivity polymer. The material wick generates higher capillary forces and the polymer has lower thermal conductivity. Such design can ease the heat leak problem. The results show that both methods can ease heat leak problem. When primary wick thickness of double-decked wick is 4 mm, the temperature of the evaporators is less than 100oC and the sink temperature is at 30oC. The maximum heat capacity increases from 40W to 180W. In addition, the thermal resistance decreases from 0.69 K/W to 0.38 K/W致 謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 ix 符號說明 x 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 7 1.3 研究目的 12 第二章 實驗原理與理論分析 13 2.1 平板迴路式熱管操作原理 13 2.1.1 毛細限制 15 2.1.2 啟動限制 16 2.1.3 液體過冷限 16 2.2 壓降理論分析 17 2.2.1 液─汽介面之毛細壓降 17 2.2.2 蒸發器溝槽內蒸氣流動壓差 17 2.2.3 汽體段流動壓降 18 2.2.4 冷凝器及液體段流動壓降 19 2.2.5 重力壓降 20 2.2.6 流經毛細結構的壓降 20 2.2.7 系統各元件的壓降分布 22 2.3 平板迴路式熱管最大熱傳量 23 2.4 工質注入量 24 第三章 平板型迴路式熱管之設計 25 3.1 工質的選擇 27 3.2 系統材質的選擇 31 3.3 傳輸管路與冷凝器 32 3.4 補償室之設計 33 3.5 毛細結構之設計 34 3.5.1 毛細結構材料選擇 34 3.5.2 毛細結構溝槽設計 35 3.5.3 針對經由毛細結構熱洩漏的解決方法 38 3.6 蒸發器之設計 43 3.6.1 加熱方向 43 3.6.2 散熱作用面積 44 3.6.3 平面板厚度限制 44 第四章 實驗設備與方法 48 4.1 實驗設備 48 4.1.1 實驗材料 48 4.1.1.1 金屬毛細結構 48 4.1.1.2 高分子毛細結構 49 4.1.2 製造設備 49 4.1.2.1 金屬毛細結構 49 4.1.2.2 高分子毛細結構 50 4.1.3 測試設備 51 4.1.3.1 毛細結構參數量測設備 51 4.1.3.2 熱傳性能測試設備 52 4.2 實驗步驟 55 4.2.1 平板型迴路式熱管製造流程 55 4.2.2 毛細結構製作步驟 56 4.2.2.1 金屬毛細結構 56 4.2.2.2 雙層毛細結構 58 4.2.3 工質注入系統製作 60 4.2.4 系統安裝步驟 61 4.2.5 工質注入 62 4.2.6 性能測試 63 4.3 誤差分析 65 4.4 實驗參數 69 第五章 結果與討論 70 5.1 毛細結構參數量測 70 5.1.1 毛細結構參數之介紹 70 5.1.1.1 有效孔徑 70 5.1.1.2 孔隙度 71 5.1.1.3 滲透度 72 5.1.2 測試結果 73 5.2 平板迴路式熱管的典型現象 75 5.2.1 啟動行為 75 5.2.2 可變熱阻與固定熱阻 80 5.3 熱洩漏效應的影響與解決方法 82 5.3.1 熱洩漏效應的影響 82 5.3.2 熱洩漏效應的解決方法 83 5.3.2.1 藉由增厚毛細結構厚度降低熱洩漏影響 84 5.3.2.2 藉由低熱導係數毛細結構降低熱洩漏影響 86 5.3.3 毛細結構最小熱阻需求 87 第六章 結論與建議 90 6.1 結論 90 6.2 建議 93 參考文獻 94 附錄 975284953 bytesapplication/pdfen-US熱管迴路式熱管平板蒸發器熱洩漏heat pipeloop heat pipe (LHP)flat evaporatorheat leakthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61592/1/ntu-96-R93522301-1.pdf