可變熱傳導性熱管設計製造與性能分析

Abstract

本論文之目標在以一維平交界面理論分析模式設計出幾種不同型式可變熱 傳導性熱管初始規格，並進行熱管的實際製造及性能測試等工作，最後更 以一維擴散界面理論模式所撰寫成的電腦程式互相印證，藉以瞭解可變熱 傳導性熱管的操作行為。另外雙成份熱管方面，則著重於由實驗過程中觀 察熱管表面的溫度變化情形，期能增加對於雙成份熱管熱傳現象的瞭解。 目前己製成二根可變熱傳導性熱管及一根雙成份熱管，一號管為不含氣體 儲存槽的扁平管，二號管為含氣體儲存槽的圓形管（氣體儲存槽內不含毛 細結構），前述二管皆屬可變熱傳導性熱管，容器材質均使用純銅，不凝 結性氣體為氮氣，工作流體則選用適用在中低溫範圍操作之流體如水、甲 醇等。三號管為含溝槽型毛細結構的圓形管，容器材質亦選用純銅，工作 流體則選用具非共沸點特性的水及甲醇，並且分別以此二種冷媒組成五種 不同濃度的雙成份熱管。經過性能測試後，在可變熱傳導性熱管方面，發 現一號管（扁平管）由於接近角隅處，液汽界面的曲率變化較大，相對的 毛細力亦較強，故重力因素對於熱管操作性能的影響不大。工作流體的填 充量一般皆以液體填滿毛細結構與蒸汽充塞蒸汽核心之和為原則，然而在 高熱負載或低熱負載時，由於熱傳現象的不同有必要做適度的修正。氣體 儲存槽可以增加熱管操作的靈敏度，然而當傾斜角度不大時，必須考慮工 作流體擴散可能導致熱管失效的不利影響。在雙成份熱管方面，由於混合 工作流體具有不同的沸點，當熱力狀態變化時，無論是液相或者是汽相的 濃度皆會產生相當程度的變化。在蒸發段液池中，由於濃度變化所引起的 振盪效應，將使熱管蒸發段表面溫度產生劇烈的變化，而冷凝段表面溫度 ，則由於液汽界面較易揮發成份工作流體的堆積，而呈現飄浮不定的現象 ，此種獨特的現象，對於雙成份熱管操作性能影響到底有多深仍有待研究 。