本文關(guān)鍵詞：3D增材制造零件中集成熱管的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工程中常見的多種疲勞失效都與零部件溫度過高有關(guān),究其原因是散熱系統(tǒng)不能及時地轉(zhuǎn)移熱源處產(chǎn)生的熱量,使得熱量的積累引發(fā)局部高溫。有效散熱、快速轉(zhuǎn)移過熱點(diǎn)熱量從而降低零件工作溫度峰值是提高其承載能力、延長工作壽命的重要措施。不同于傳統(tǒng)的單相流冷卻方式,熱管是利用氣液兩相循環(huán)轉(zhuǎn)變且無需外力驅(qū)動的高效熱傳導(dǎo)元件。但是目前熱管面臨吸液芯傳熱能力不足,傳統(tǒng)制造工藝加工困難,散熱方式單一等困境。本文首創(chuàng)立足于3D增材制造集成熱管于零件于一體的新概念和新型加工方法,提出了新型吸液芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論,制定了增材制造熱管新工藝流程。所提出的新設(shè)計理論與制造方法有助于開拓?zé)峁苄碌膽?yīng)用市場和探索新型多功能自散熱機(jī)械零件的發(fā)展道路。3D增材制造技術(shù)使得復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的加工成為可能,因而有望產(chǎn)生不同于已有吸液芯的更有效的熱管結(jié)構(gòu)。本文首先推導(dǎo)了梯形溝槽微吸液芯的有效毛細(xì)半徑、最大毛細(xì)壓力、孔隙率、滲透率等基本參數(shù)的數(shù)學(xué)模型;建立了梯形溝槽微熱管在多種情況下的傳熱極限的理論模型。通過對傳熱極限的分析說明了吸液芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)對熱管傳熱性能的重要性。其次,通過對毛細(xì)壓力與滲透率這一對相互制約的因素的分析,提出了吸液芯的漸變模型設(shè)計理論。制定了結(jié)合傳統(tǒng)熱管制造技術(shù)與新興增材制造技術(shù)的新型熱管制造工藝流程。利用EOS M280金屬3D打印機(jī)制造了4根直線型新型溝槽微熱管。然后,利用搭建的熱管傳熱性能實(shí)驗平臺,測試了4根梯形溝槽微熱管在不同工況下的傳熱性能。結(jié)果表明:3D制造的微熱管具有良好的熱響應(yīng)特性和均溫特性;使用漸變模型設(shè)計的深溝槽微熱管具有更好的導(dǎo)熱能力。最后,對微熱管進(jìn)行切割后觀察測量其成型效果,結(jié)果表明微熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果。這些結(jié)果說明在3D增材制造的幫助下,熱管導(dǎo)熱性能可在減小熱管空間的同時得到進(jìn)一步提高,熱管可能成為機(jī)械零件的一部分從而使后者具有自動熱平衡功能。這一新設(shè)計方法和3D增材制造熱管的嘗試對未來多功能零部件的設(shè)計與制造有積極探索意義。
【關(guān)鍵詞】：熱管 吸液芯 增材制造 傳熱性能 多功能零部件
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 主要符號9-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 引言11-13
• 1.2 熱管及其吸液芯的研究進(jìn)展13-20
• 1.2.1 熱管的工作原理13-14
• 1.2.2 微型熱管的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 吸液芯的類型及應(yīng)用15-20
• 1.3 熱管的制造工藝20-21
• 1.4 增材制造的研究進(jìn)展21-22
• 1.5 本文的目標(biāo)及研究內(nèi)容22-25
• 1.5.1 本文的研究目標(biāo)及意義22-23
• 1.5.2 本文的研究內(nèi)容23-25
• 2 梯形溝槽微熱管的傳熱理論25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 梯形溝槽吸液芯的參數(shù)模型25-27
• 2.2.1 最大毛細(xì)壓力26
• 2.2.2 孔隙率26
• 2.2.3 滲透率26-27
• 2.3 熱管的傳熱極限分析27-32
• 2.3.1 毛細(xì)極限27-30
• 2.3.2 沸騰極限30-31
• 2.3.3 攜帶極限31
• 2.3.4 冷凍啟動極限31
• 2.3.5 黏性極限31-32
• 2.4 本章總結(jié)32-33
• 3 新型溝槽微熱管的設(shè)計與增材制造33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 適用于EOS M280型金屬 3D打印機(jī)的三維模型33-35
• 3.3 溝槽吸液芯的設(shè)計35-41
• 3.3.1 溝槽參數(shù)的設(shè)計35-40
• 3.3.2 梯形溝槽微熱管其他參數(shù)的設(shè)計40-41
• 3.4 增材制造成型的溝槽微熱管主體41
• 3.5 熱管主體材料與工作液體的選擇41-44
• 3.5.1 工作液體42-43
• 3.5.2 相容性43-44
• 3.6 封裝與充液44-46
• 3.6.1 清洗44-45
• 3.6.2 焊尾45
• 3.6.3 充液與封死45-46
• 3.7 本章總結(jié)46-47
• 4 新型溝槽微熱管傳熱實(shí)驗及分析47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 實(shí)驗裝置47-49
• 4.2.1 加熱系統(tǒng)47-48
• 4.2.2 溫度測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)48-49
• 4.3 實(shí)驗方案49-50
• 4.4 傳熱性能參數(shù)50-51
• 4.5 增材制造微熱管的工作性能與可靠性51-54
• 4.5.1 熱響應(yīng)特性51-52
• 4.5.2 均溫特性52-54
• 4.6 梯形溝槽微熱管傳熱性能54-59
• 4.6.1 充液對傳熱性能的影響54-56
• 4.6.2 加熱功率對傳熱性能的影響56-58
• 4.6.3 傾斜與旋轉(zhuǎn)對傳熱性能的影響58-59
• 4.7 漸變溝槽對傳熱性能的影響59-62
• 4.8 本章總結(jié)62-65
• 5 增材制造微熱管的成型效果及應(yīng)用65-77
• 5.1 引言65
• 5.2 增材制造微熱管的成型效果65-72
• 5.2.1 軸向梯形溝槽成型分析66-69
• 5.2.2 周向溝槽成型分析69
• 5.2.3 增材制造微熱管表面形貌分析69-72
• 5.3 增材制造熱管的應(yīng)用72-75
• 5.3.1 高性能的吸液芯72-73
• 5.3.2 空間適應(yīng)強(qiáng)的熱管73-74
• 5.3.3 集成熱管的多功能零部件74-75
• 5.4 本章總結(jié)75-77
• 6 結(jié)論77-81
• 6.1 研究總結(jié)77-78
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)78-79
• 6.3 不足與展望79-81
• 致謝81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 附錄89
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文和科研成果89

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