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軸向振動對溝槽式毛細結構熱管之影響分析

軸向振動對溝槽式毛細結構熱管之影響分析. 指導教授:陳榮洪、賴啟銘 研究生:郭力維. Effects of axial vibrations on grooved heat pipes. 中華民國 壹百年 三月 九日. 大綱. 前言 介紹 文獻回顧 研究目的 實驗設備與方法 實驗進度 實驗結果. 前言. 電子產品發展的趨勢走向高性能、高密度 。 熱管 (heat pipe) 為非常優秀的導熱性材料 。 目前應用在各種電器設備的散熱上非常普遍，如 CPU 散熱、 LED 燈散熱、太陽能集熱板及太陽光電系統直流接線箱散熱的應用等等 。. 前言 ( 續 ).

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軸向振動對溝槽式毛細結構熱管之影響分析

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Presentation Transcript

  1. 軸向振動對溝槽式毛細結構熱管之影響分析 指導教授:陳榮洪、賴啟銘 研究生:郭力維 Effects of axial vibrations on grooved heat pipes 中華民國 壹百年 三月 九日

  2. 大綱 • 前言 • 介紹 • 文獻回顧 • 研究目的 • 實驗設備與方法 • 實驗進度 • 實驗結果

  3. 前言 • 電子產品發展的趨勢走向高性能、高密度。 • 熱管(heat pipe)為非常優秀的導熱性材料。 • 目前應用在各種電器設備的散熱上非常普遍，如CPU散熱、LED燈散熱、太陽能集熱板及太陽光電系統直流接線箱散熱的應用等等 。

  4. 前言(續) • 在我們生活週遭，舉凡會動的機器、設備、產品等都會有振動的現象。 • LED應用在過去幾年中許多車商透過概念車的發表，揭露了未來LED作為車輛照明的重要應用。 • 有關熱管於振動環境下所受到之影響，值得更深入去研究與探討其現象，進而加強熱管設計之參考。

  5. 介紹 蒸發端 絕熱端 冷凝端 Evaporator Section Adiabatic Section Condenser Section 熱管工作原理示意圖

  6. 熱管性能的判定︰ 最大熱傳量(Qmax) 絕熱端 冷凝端 蒸發端 介紹(續) • 熱阻(R) R:熱阻，℃/W Q:加熱功率，W △Tec :蒸發端溫度與冷凝 端溫度之差

  7. 文獻回顧 • Gaugler(1942)描述一種具有毛細結構之熱輸送裝置，並獲「Heat transfer Device」之專利，但並未實用化。 • Grover(1963)提出申請「Evaporation-Condensation Heat Transfer Device」之專利並提到熱管（Heat Pipe）一詞後開始進入應用階段。

  8. 文獻回顧(續) • Xie(1998)將熱管應用於筆記型電腦上，發現其散熱效果良好，有助於解決CPU的散熱問題。 • Deverall(1967)研究stainless steel/water 熱管受振動的影響，由實驗結果振動對熱管的性能沒有太大影響，唯有在最大傾斜角度時，熱管內流體會流出毛細結構而聚集在凝結端，而振動有助讓毛細結構保持濕潤。

  9. 文獻回顧(續) • Richardson (1970)研究以擴音器線圈對stainless steel/water 熱管軸向施加振動，作者發現在高振幅與低頻率的振動下，熱管的最大傳熱量會受到影響。 • Maziuk(2001)定義了最大熱傳量為當增加固定之熱量變化時，熱管之溫差會穩定改變，若持續增加加熱功率，使溫差之改變呈現非線性之增加時，此時加熱功率則為熱管之最大熱傳量。

  10. 文獻回顧(續) • Charlton(1992)；Charlton and Bowman(1994)研究側向振動對銅水熱管的影響，頻率範圍為30、250、1000Hz，實驗結果側向振動條件下，熱管的毛細極限並沒有太大的改變。 • Namba(1998)指出熱管之最大熱傳量隨熱管之工作溫度及熱管直徑增加而提升。

  11. 文獻回顧(續) • Huber(1994)使用銅網式毛細結構並以水為工作流體的熱管，來探討軸向振動對於毛細極限的影響，研究發現在振動頻率為30 Hz、50 Hz，加速度值為2g時，會使得熱管之蒸發端與冷凝端之溫差，分別比靜止時減少了9.6%及6.1%。

  12. 研究目的 • 探討軸向振動時，在不同傾斜角度、方向、振動頻率和振幅，對熱管熱傳現象之影響。 • 探討不同冷端溫度(模擬戶外溫度)對於熱管熱傳現象之影響。 • 綜合所有實驗結果，找出水平、垂直和45 度傾斜放置之熱管軸向振動之關係，提供熱系統設計時的參考。

  13. 實驗設備與方法 熱管直徑:8mm 熱管長度:600mm 毛細結構:溝槽式 工作流體:純水 外殼材質:銅

  14. 資料擷取器 Water in 電腦 Thermocouple 熱管 加熱片 流量計 包覆絕熱棉及絕熱膠帶 冷卻水套 Water out 直流電源供應器 伺服馬達 恆溫循環水槽 實驗設備與方法(續) 資料擷取系統 冷卻系統 加熱系統 振動系統 實驗設備配置圖

  15. 伺服馬達 冷卻水套 熱管 加熱片 曲軸柄 滑軌 滑軌 連桿 單位﹕mm 蒸發端 絕熱端 冷凝端 熱電偶相關位置示意圖 實驗設備與方法(續)

  16. 實驗設備與方法(續) 實驗方式 一、水平 二、傾斜角45度上端和下端冷凝 三、傾斜角90度上端和下端冷凝 固定座示意圖

  17. 實驗設備與方法(續) Unit:g Tc=30deg C Tc=20deg C Tc=40deg C

  18. 實驗進度(續) 198.4 149.9 117.5 65.7 50.7 50

  19. 實驗進度(續) 水平 熱管輸入功率與熱阻之關係

  20. 實驗進度(續)

  21. 實驗進度(續) 水平 傾斜角45度上端冷凝 熱管輸入功率與熱阻之關係

  22. 實驗進度(續) 水平 傾斜角45度上端冷凝 熱管輸入功率與熱阻之關係

  23. 實驗進度(續) 水平 傾斜角45度上端冷凝 熱管輸入功率與熱阻之關係

  24. 實驗進度(續) 水平 傾斜角45度上端冷凝 熱管輸入功率與熱阻之關係

  25. 實驗結果 • 由實驗結果可知，熱管水平時之最大熱傳量會隨著振幅越大而提升，並且呈現上升之趨勢。 • 熱管水平時的最大熱傳量隨著冷端溫度之增加而提升，大於振動頻率與振幅所造成的影響。

  26. 實驗結果(續) • 熱管傾斜角45度上端冷凝時，隨著輸入功率達180W ，效率仍能有效的提升，各狀態之平均熱阻為0.25℃/W。 • 熱管傾斜角45度上端冷凝時，熱阻不會隨著冷端溫度之不同而改變，亦不會隨著振動頻率與振幅所不同造成影響。

  27. Thanks for your attention

  28. rsinωt r 實驗設備與方法(續) 無阻尼的簡諧運動 x =rsinωt 微分得速度： v=rω cosωt 其中ω = 2π f (ω=2π/T、T=1/ f) 再微分得加速度： a=-rω 2 sin ω t v=rω =2πr f a=rω 2= r (2πf)2

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