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系統識別號 U0002-1108201515012300
中文論文名稱 中溫熱管之研製
英文論文名稱 Development of medium temperature heat pipe
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 黃勝顯
研究生英文姓名 Sheng-Sian Huang
學號 602370214
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-07-15
論文頁數 51頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-陳育堂
委員-蔡孟昌
中文關鍵字 陶氏導熱油  燒結式  溝槽式  中溫熱管  熱阻 
英文關鍵字 Dowtherm A  sintered wick  grooved wick  medium temperature heat pipe  thermal resistance 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究採用無氧銅作為熱管殼體,外徑8 mm,長300 mm,厚度0.3 mm,分別採用燒結式及溝槽式兩種不同之毛細結構,營造一毛細力將冷卻液體輸送回熱源端吸收熱量,考量殼體與毛細結構的附著力與相容性,採厚度為1.8 mm,孔隙率50 %的銅粉燒結,和厚度為0.25mm,齒數為68齒之溝槽,本實驗使用之工作流體為陶氏高温導熱油(Dowtherm–A)。實驗輸入功率依序為20W、40W、60W、80W、100W,對不同充填量的熱管,在水平與垂直兩種角度下,操作溫度介於200 ~500°C時,進行熱性能的評估與分析。
實驗結果指出,在水平狀態下,燒結式充填Dowtherm A 4克(80%)之中溫熱管,傳遞熱量較大,蒸發端與冷凝端溫差較其他充填量小,且在輸入功率為60W後,熱阻低於銅棒,最佳熱阻為1.065°C/W,溝槽式充填量4克(412%)在輸入功率為80W後,熱阻較銅棒低,最佳熱阻為2.113°C/W,可見在水平狀態下燒結式熱性能較溝槽式優越。此外,在垂直狀態下,充填Dowtherm A 4克之燒結式熱管,最佳熱阻為0.563°C/W,傳輸速度約為銅棒的5倍,而溝槽式充填Dowtherm A 4克之熱管,最佳熱阻為0.639°C/W,傳輸速度約為銅棒的4.2倍,結果顯示熱管擺放角度對於Dowtherm-A在不同毛細結構之熱管皆有明顯之影響力。
英文摘要 In this study, the container of the heat pipe used was made of oxygen-free copper, of outer diameter 8mm, length 300mm and thickness 0.3mm. Two kinds of wicks, sintered and grooved, were used to create a capillary force to transfer the working fluid back to evaporator, to absorb heat.
Taking into consideration the adhesion and compatibility of container with sintering substance, the copper powder sintered wick was designed with a thickness 1.8mm and a porosity of 50%. The grooved wick was made with a thickness of 0.25mm with 68 grooves. For the evaluation and analysis of the designed heat pipe, a high temperature working fluid (Dowtherm-A) was used in the study for input power varying from 20W to 100W in 20W increments, different amounts of working fluid, in horizontal and vertical angles, operating in temperatures between 200~500 °C.
Experiments were performed to compare the performance of sintered and groove wick heat pipes in horizontal display angle. Filling Dowtherm-A 4g (80%) in the sintered wick medium temperature heat pipe resulted in a large heat transfer and the temperature difference between evaporator and condenser was found to be smaller than other filling charge. After a power input of 60W, it was observed that the thermal resistance of the heat pipe was lower than that of a copper rod, with the best value 1.065°C/W. In case of the groove wick heat pipe filled with Dowtherm-A 4g (412%), the thermal resistance dropped lower than that of a copper rod after a power input of 80W, with the best value 2.113 °C/W. The thermal performance of the sintered wick heat pipe was found to be superior to the heat pipe with groove wick in horizontal angles.
In the experiments performed for comparison in vertical angles, a transmission speed 5 times that of copper rod was observed in sintered wick heat pipe with Dowtherm-A 4g filling. The best thermal resistance for this case was 0.563°C/W. Whereas for the same filling in groove heat pipe, the best thermal resistance was 0.639°C/W with a transmission speed about 4.2 times that of a copper rod. The result show that display angle had a significant influence on different kinds of wicks with Dowtherm-A filling.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 5
1.2.1 熱管文獻回顧 5
1.2.2 中溫熱管文獻回顧 8
1.2.3 Dowtherm A應用於中溫熱管文獻回顧 10
1.3 研究目的 15
第二章 熱管簡介 16
2.1 熱管構造與工作原理 16
2.2 熱管設計與考量 17
2.3 熱管限制 19
2.4 性能評估 21
第三章 實驗設備與方法 22
3.1 熱管備製 22
3.1.1 熱管規格 22
3.1.2 工作流體之充填 24
3.1.3 工作流體抽氣封入 25
3.2 熱管測試設備 26
3.2.1 實驗設備 27
3.2.2 熱管性能測試 29
3.2.3 實驗步驟 30
第四章 實驗結果與討論 32
4.1 燒結式毛細結構熱管 32
4.1.1不同角度下,各功率對溫度之影響 32
4.1.2不同角度下,各功率對熱阻之影響 32
4.2 溝槽式毛細結構熱管 37
4.2.1不同角度下,各功率對溫度之影響 37
4.2.2不同角度下,各功率對熱阻之影響 37
第五章 總結與未來建議 42
5.1 總結 42
5.2 未來建議 43
參考文獻 44
附錄一 熱管實驗數據 46
圖目錄
圖1.1 Gauglar提出的熱管與應用[4] 7
圖1.2 樹枝狀與球狀銅粉燒結毛細結構應用於熱管內之性能[9] 7
圖1.3 不同操作角度對於不同毛細結構熱管之影響[11] 8
圖1.4 熱損失與熱傳導流體和周圍環境之間的溫度差之變化[12] 9
圖1.5 集熱效率與熱傳導流體和周圍環境之間的溫度差之變化[12] 9
圖1.6 重力輔助熱管[14] 11
圖1.7 充填率在不同傳熱長度比率下對最大熱傳率之影響[14] 12
圖1.8 最大熱傳率和傾斜角度之關係[14] 12
圖1.9 熱管示意圖 [15] 13
圖1.10 有效熱傳導係數和熱通量之關係圖(在冷卻水溫度為80°C下)[15] 14
圖1.11 熱阻和熱通量與充填率之關係圖(在冷卻水溫度為80°C下)[15] 14
圖2.1 熱管構造示意圖[16] 17
圖2.2 常見的熱管毛細結構示意圖 18
圖2.3 熱管熱傳限制示意圖[18] 20
圖3.1 燒結型熱管毛細構造製程 23
圖3.2 熱管成品(左為溝槽式,右為燒結式) 24
圖3.3 工作流體抽氣封入示意圖 25
圖3.4 熱性能測試機台示意圖與溫度量測點位置圖 26
圖3.5 交流電源供應器 28
圖3.6 電加熱棒與加熱銅塊 28
圖3.7 絕熱布包與數據擷取器 28
圖3.8 熱管架設完成 31
圖4.1 燒結式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度(水平) 35
圖4.2 燒結式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度(垂直) 35
圖4.3 燒結式熱管在不同功率下之熱阻(水平) 36
圖4.4 燒結式熱管在不同功率下之熱阻(垂直) 36
圖4.5 溝槽式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度(水平) 39
圖4.6 溝槽式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度(垂直) 40
圖4.7 溝槽式熱管在不同功率下之熱阻(水平) 40
圖4.8 溝槽式熱管在不同功率下之熱阻(垂直) 41

表目錄
表1.1 作動溫度與主要的作動流體[1] 3
表1.2 水的典型特性 3
表1.3 Dowtherm A流體的典型特性[3] 3
表1.4 Dowtherm A飽和液體特性[3] 4
表3.1 銅粉燒結管尺寸 22
表3.2 溝槽管之尺寸 23
表3.3 實驗參數條件 30
表4.1 燒結式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度差(水平) 34
表4.2 燒結式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度差(垂直) 34
表4.3 溝槽式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度差(水平) 38
表4.4 溝槽式熱管在不同功率下蒸發端與冷凝端之平均溫度差(垂直) 39

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