作者：2019级本科生 董震宇 胡景淇 曾翰韩 赖伯韬 能源动力与工程系

指导老师：李辉 能源与动力工程系

关键词：微热管

摘要

随着电子设备小型化和集成度的提高，用于智能手机、5G移动基站的芯片功能不断增强，其发热量也不断增大，需要更小更高效的热管理系统。热管利用相变进行换热，能以较小温差传递大量的热，非常适用于小型芯片。但是，现有的超薄微热管换热能力存在瓶颈。超薄热管相变换热与微结构参数的依变关系尚未明晰，包括孔隙率和微观结构的选择等，目前仍主要依靠技术人员的经验性尝试，缺乏理论指导，限制了超薄热管的传热性能的进一步提升。本项目旨在通过对微细尺度相变和流动的精细设计和调控，实现微热管性能的提升。

作品设计

微热管分为三个部分，蒸发段、绝热段以及冷凝段。工质在蒸发段蒸发吸热，蒸气经过微槽道到达冷凝段，在冷凝段液化放热，液体再通过回流装置回到蒸发段，形成一个工作循环，实现换热。本项目的创新点在于借助人工智能算法辅助优化热管蒸发段、冷凝端和毛细芯微观结构参数，实现超薄热管的可控精细设计，从而提升超薄热管的换热能力。

蒸发段设计

蒸发段的设计需要保证薄液膜维持稳定快速的沸腾。在表面结构的制作上，疏水性材料和亲水性材料各有点，也各有不足。疏水性材料有利于气泡的产生，而亲水性材料有利于气泡的脱离。需要设计更合理的结构，结合二者的优点，加快沸腾速度。

冷凝段设计

冷凝段需要保证蒸气快速冷凝放热，并维持稳定的珠状凝结。想要让气体快速珠状冷凝，同样需要设计亲疏水复合的微型结构表面。

液体回流装置设计

现在一般采用吸液芯的方式来实现液体回流。需要保证流动的连续性，防止出现断流的情况。同时也要降低液体传输的阻力，使液态工质回流过程更加流畅。需要对不同的孔道形状以及其孔隙率进行探究。

整体设计

蒸发段、绝热段和冷凝段的长度配比也会影响到微热管的性能。需要通过探究确定合理的长度配比。 

项目进展

结构设计部分：通过文献调研总结了现有的微结构设计。并确定了具体的渐变式结构和复合式结构方案，之后将对这些结构进行仿真和实验。

计算仿真部分：这一部分主要包括计算流体力学软件ANSYS和人工智能算法。通过仿真，可以初步验证结构的合理性；通过算法，可以调整总体的长度配比，进行进一步的优化。现在正在对软件操作和算法进行学习。

实验部分：实验能进一步验证结构的合理性。包括蒸发实验台、冷凝实验台和吸液芯试验台。已完成实验台的设计。

图片：

图1 蒸发实验台

图2 冷凝实验台

图3 ANSYS散热仿真

图4 封面