烧结式热管导热性能研究

徐 微 曹小鸽 张艳肖 徐志杰

（西安交通大学城市学院，陕西 西安710018）

1 概述

感应加热电源应用越来越广泛，小型化是其发展趋势，目前电源中开关器件散热主要采用水冷，但是水冷系统中的水箱体积庞大，导致电源无法较好的实现小型化和轻型化。而热管具有优良的导热性能，随着价格的亲民化，其应用的场合越来越广泛。利用热管给电源散热，能够有效降低电源体积，但是在利用热管给电源散热前，首先要研究热管散热性能。因此本文搭建热管散热器散热实验平台，研究不同热源时，热管的散热性能，具有一定的意义。

目前国内外对于热管性能的研究主要集中在等温性、结构、内部工质、重力、充液率等方面，文献1 研究了直线型铜- 水热管的蒸发段与冷凝段不同的长度比对热管传热性能的影响[1]。文献2 研究了热管内部烧结长度对复合型吸液芯热管导热性能的影响,认为减小烧结长度可有效降低总热阻[2]。文献3 研究了重力对热管性能的影响，当长度56.5mm，直径15.88mm 的直线型烧结热管以60°倾角安装时热管导热性能最好[3]。文献4 研究了不同加热功率情况下钠钾合金热管的启动和传热性能，在一定范围内增大加热功率可有效缩短热管启动时间[4]。文献5研究了充液量对矩形多槽道热管传热性能的影响，认为应该根据加热功率选择适当的充液量才能保证热管正常工作[5]。文献6介绍了新型柔性热管的研究进展，具体讲述了柔性热管的基本原理、制作工艺和应用领域[6]。

感应加热电源散热主要是水冷，将热管应用在感应加热电源的文献较少，本文搭建相应的实验平台，研究不同热源时热管散热器散热性能的。本文研究内容将为热管在感应加热电源中应用提供工程参考，因此本文研究具有一定的意义。

2 实验装置和方法

2.1 实验装置

实验装置如图1 所示，由LXF2500 恒温源、风扇、热电偶、安捷伦34972A 数据采集器和热管散热器组成。恒温源可调温度范围0℃-800℃。风扇为CPU 专用风扇，风速5400r/min，风量1.175m/min。K 型热电偶型号WRNT-01, 可测温度范围0℃-500℃，测量精度0.25℃。热管为L 型烧结式热管，直径8mm，长度为200mm，充液率为50%。

图1 实验装置图

2.2 实验方法

实验室温26 度，热源温度可调，在50℃到200℃范围内，将L 型热管散热器的基座放在恒温源的恒温基座上，并在其接触面涂抹导热硅胶，实验中采用风冷散热。将2 个K 型热电偶安装在L 型热管的基座表面，温度采集模块每30s 采集数据，数据经数据采集器处理后，通过上位机显示，如图1 所示。实验时L型热管90°放置，测量不同热源温度时，被加热基座的温度。每两次实验之间，热管和热源至少停止工作一个小时，确保热管和热源完全冷却，同一个实验重复测量10 次，得到10 组200 个数据，剔除粗大误差后求平均值，以保证测量数据的准确性。

3 实验数据

根据图1 所示实验平台，研究热源温度分别为50℃，100℃，150℃，200℃时，热管基座的温度变化情况，从图2 中可以看出，不加装热管时，热管基座温度从室温不断增加，最终稳定在热源温度。加装热管散热器后，被加热基座温度上升变化缓慢，最终稳定温度远远低于热源温度。热源温度50℃时，被加热物体温度为34.5℃，热源温度100℃时，被加热物体温度为67.5℃。热源温度150℃时，被加热物体温度为80℃，热源温度200℃时，被加热物体温度为89℃。

图2 热源温度不同时，被加热基座温度变化曲线

4 结论

根据实验结果发现，采用热管散热器，能有效地降低被加热物体的温升变化率，同时使得被加热物体最终稳定温度低于给定的热源温度，实验结果表明，利用热管给感应加热电源中开关器件散热实可行的[7]，能够实现电源的小型化。